Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе

Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

Глава 1. Анализ существующих подходов к знакомству младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий

1.1   Методическая система обучения информатике в начальной школе

1.2   Основные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы темы «Компьютер»

1.3     Основное содержание темы «Алгоритмы» в курсах информатики начальной школы

.4       Определение сущности понятия «суперкомпьютерные технологии» и возможности его рассмотрения в начальной школе

.5       Опыт учителей-новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами

Выводы по главе 1

Глава 2. Экспериментальная работа по формированию у младших школьников представлений о суперкомпьютерных технологиях

2.1   Технологические карты уроков по теме «Параллельные алгоритмы» для учащихся 3 классов

2.2   Анализ проведенных уроков по темам «Суперкомпьютеры» и «Параллельный алгоритм»

Выводы по главе 2

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. Компьютеры занимают прочное место в современном образовании, выполняя функции технического средства обучения, хранилища материалов и разработок, средства диагностики и контроля, источника информации и т.д. Компьютер в школе может быть как объектом изучения, так и средством обучения. Применение компьютера на уроках помогает существенно разнообразить и активизировать процесс обучения, обеспечивая школьникам возможность осуществлять самостоятельную работу (Е.И. Булин-Соколова, А.А. Муранов, М.А. Плаксин и др.)

Окружающий нас мир быстро меняется. Меняется и его компьютерная составляющая, которая в последние годы становится все более «параллельной»: компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач. Это особенно ярко проявляется в вычислительных системах, работающих на предельных скоростях и обладающих рекордной производительностью. Для таких систем даже введено специальное название - «суперкомпьютеры». Суперкомпьютерные технологии активно проникают во многие области современных научных исследований и промышленных разработок, обеспечивая решение важных научно-технических проблем (В.В. Воеводин, В.П.. Гергель, А.А. Жирков). Уже ушло в прошлое время однопроцессорных вычислительных систем. Не только суперкомпьютеры, но и современные персональные компьютеры, ноутбуки, игровые приставки основаны на многопроцессорных, многоядерных и других технологиях, предполагающих одновременное выполнение множества инструкций. Для их полноценного использования каждому пользователю необходимо иметь хотя бы самое общее представление о проблемах, возникающих при параллельной обработке данных, которая, в свою очередь, основывается на понятиях параллельного алгоритма и параллельного программирования, расширяя традиционные представления об алгоритмизации. Действительно, алгоритмизация является одной из основных содержательных линий отечественных курсов информатики для учащихся младшей и основной школы (А.В. Горячев, Ю.А. Первин, А.Л. Семенов, М.А. Плаксин, Н.В. Матвеева, М.С. Цветкова и др.); при её изучении рассматриваются разнообразные «последовательные» алгоритмы; активно используются многочисленные программно реализованные (компьютерные, виртуальные) исполнители последовательных алгоритмов. Формировать начальные представления в области современных компьютерных технологий можно уже в начальной школе, так как многие дети с раннего детства приобщаются к компьютерам через игры, микропроцессорные электронные игрушки. По мнению ряда отечественных специалистов, способность видеть в окружающем нас мире и последовательные, и параллельные алгоритмы необходимо закладывать уже на ранних этапах обучения (Л.Л. Босова, В.В. Воеводин, М.А. Плаксин и др.). Школа, опираясь на имеющийся у детей жизненный опыт, должна обеспечить условия его обогащения с учетом психологических закономерностей развития детей данного возраста, преемственности его этапов. В настоящее время опыт знакомства школьников с суперкомпьютерными технологиями уже представлен в работах А.А. Логинова, Е.Ю. Киселевой, Е.А. Еремина и др.; Л.Л Босова, И.В Гаврилова, М.А. Плаксин получили положительные результаты при работе в данном направлении с младшими школьниками. Тем не менее, на наш взгляд, вопросу знакомства младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий все еще уделяется недостаточно внимания, мало исследованы аспекты, касающиеся методов и средств такого обучения.

Изменения в компьютерной технике, широкое распространение многопроцессорной техники, делают актуальной работу, связанную с изучением элементов суперкомпьютерных технологий в начальной школе, и определяют тему нашего исследования.

Объект исследования - процесс обучения информатике в начальной школе.

Предмет исследования - начальное знакомство младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий.

Цель исследования - развитие компьютерной и алгоритмической линий начального курса информатики за счет формирования у младших школьников представлений о суперкомпьютеных технологиях и параллельной обработке данных.

Согласно с объектом, предметом и целью, поставлены следующие задачи исследования:

1)    проанализировать традиционные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы тем «Компьютер» и «Алгоритмы»;

2) выявить сущность основных понятий, связанных с суперкомпьютерными технологиями;

3)    изучить имеющийся опыт знакомства младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий, в том числе опыт учителей- новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами;

4)       разработать сценарии уроков информатики для учеников начальных классов, направленных на их знакомство с элементами суперкомпьютерных технологий;

)         проверка успешности обучения младших школьников элементам суперкомпьютерных технологий.

Для решения задач исследования были использованы следующие методы:

·        анализ психолого-педагогической и методической литературы по теме исследования, обобщение и классификация полученной информации, формулирование собственных выводов;

·           проведение уроков по разработанным сценариям, наблюдение за работой учеников.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ЗНАКОМСТВУ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ С ЭЛЕМЕНТАМИ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

1.1   Методическая система обучения информатике в начальной школе

Обязательное изучение информатики в отечественной школе началось в 1985 г., когда в учебные планы старшей школы был введен предмет «Основы информатики и вычислительной техники». Уже тогда многие ученые и педагоги-практики указывали, что информатика как учебный предмет в старших классах «опаздывает» с формированием навыков использования компьютера, что изучение информатики должно начинаться в начальной школе. На протяжении тридцати лет перед начальным курсом информатики ставились разные целевые ориентиры; формировалась методическая система раннего обучения информатике, включающая в себя такие компоненты как цели предмета, содержание предмета, методы обучения предмету, средства предмета, организованные формы обучения. Но и в настоящее время перед учителем информатики встают актуальные вопросы.

Важнейшей целью-ориентиром изучения информатики в школе является воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, в частности приобретение учащимися информационной и коммуникационной компетентности (далее ИКТ- компетентности) [11], сочетающей в себе компоненты всех трех групп современных образовательных результатов.

Современного ребёнка необходимо научиться воспринимать, анализировать информацию, работать, учится ставить адекватные цели, а также развивать умение контролировать свои действия и искать причину проблем. При обучении информатике в начальной школе у обучающихся происходит формирование первоначальных представлений о свойствах информации, способах работы с ней, в частности, с использованием компьютера, формируется его компьютерная грамотность - первый шаг к формированию информационной культуры.

Следующая важная цель обучения информатике в начальной школе связана с целенаправленной работой по формированию алгоритмического стиля мышления, которую целесообразно начинать в младших классах, так как у старшеклассников стиль мышления уже фактически сложился, новые формы мышления воспринимаются ими с трудом. В младшем школьном возрасте развиваются такие важные качества как рефлексия и внутренний план действий, которые являются основой для формирования алгоритмического стиля мышления, поэтому важно обучать алгоритмическому мышлению еще в младших классах, если упустить это время, то в старшем возрасте развить эти качества будет намного труднее [20]. При этом возникает проблема, связанная с необходимостью установить правильное соотношение теоретических аспектов информатики (линия алгоритмизации) и компьютерных технологий (линия компьютера).

Обратимся к действующим в настоящее время ФГОС начального общего образования. ФГОС начального общего образования предусматривает формирование ИКТ-компетентности как одного из основных метапредметных результатов, достигаемых выпускниками начальной школы. Согласно примерной основной образовательной программе начального общего образования в результате изучения всех без исключения предметов на уровне начального общего образования начинается формирование навыков, необходимых для жизни и работы в современном высокотехнологичном обществе; выпускники начальной школы научатся: активно использовать средства ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач; вводить текст с помощью клавиатуры; фиксировать (записывать) в цифровой форме и анализировать изображения, звуки и измеряемые величины; готовить свое выступление и выступать с аудио-, видео- и графическим сопровождением; использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в соответствии с коммуникативными и познавательными задачами и технологиями учебного предмета.

В результате интеграции фундаментальных аспектов информатики в начальное математическое образование обучающиеся на уровне начального общего образования должны овладеть основами логического и алгоритмического мышления. Перечислим соответствующие планируемые результаты. Выпускник начальной школы получает возможность научиться составлять, записывать и выполнять инструкцию (простой алгоритм), план поиска информации; распознавать одну и ту же информацию, представленную в разной форме (таблицы и диаграммы); планировать несложные исследования, собирать и представлять полученную информацию с помощью таблиц и диаграмм; интерпретировать информацию, полученную при проведении несложных исследований (объяснять, сравнивать и обобщать данные, делать выводы и прогнозы).

Таким образом, ФГОС НОО ориентирован на формирование алгоритмического мышления и ИКТ-компетентности обучающихся, что может достигаться при овладении специально предусмотренным учебным планом школы курсом информатики (содержательные линии «Компьютер» и «Алгоритмизация»). Отметим, что в настоящее время информатика не является обязательным предметом учебного плана начальной школы, но, как правило, присутствует в его части, самостоятельно формируемой участниками образовательных отношений (учениками, родителями и педагогами). На этот случай в Федеральный перечень учебников (раздел «Учебники, рекомендуемые при реализации части основной образовательной программы, формируемой участниками образовательных отношений») включен ряд учебно-методических комплектов (УМК) по информатике для начальной школы.

Современные школы, как правило, хорошо оснащены различной техникой и компьютерами в том числе. В таких школах дети активно проводят время за компьютером. У этого явления существуют как положительные, так и отрицательные стороны.

Положительные результаты обучения учителя и родители видят сразу, но негативные последствия могут проявиться спустя годы. Как считают отечественные и зарубежные исследователи, частое использованием ребенком компьютера может привести к нарушению восприятия окружающей действительности а также изменение процесса мышления ребенка [20]. При работе с компьютером, у детей часто происходит разрыв между реальностью и фантазией, дети по-своему развитию не могут извлечь пользу из опыта работы с абстрактной информацией, кроме этого, необходимые для работы с компьютером навыки не соответствует способностям ребенка.

Также считается, что работа ребенка за компьютером может служить препятствием для получения необходимого опыта работа с реальными объектами и событиями окружающего мира. Кроме этого часы работы за компьютером ограничивают физическую активность и физическое развитие детей, поэтому строя процесс обучения информатике в младшей школе педагогу нужно учитывать эти моменты.

В связи с высокой долей использования компьютеров в учебном процессе, вопрос о разработке методик обучения информатике в младших классах, компенсирующих негативные последствия работы с компьютером, становится особенно актуальным.

Сущность учебного предмета необходимо раскрывать на основе системно-деятельностного подхода. Системно-деятельностный подход подразумевает построение учебного процесса, как целенаправленно организованной системы. При такой учебной деятельности учащиеся начальной школы, совершая определенные действия, осваивают универсальный предметный способ действий, ключевые утверждения, свойства объектов и отношений между ними [18].

Учитель информатики может использовать следующие формы обучения, которые позволяют эффективно построить учебный процесс, с учетом специфических особенностей младшего школьника: диалоги, работа в группах, игровые методики, информационные минутки и т.д.

Так, в педагогической литературе отмечается, что использование групповой работы, или работа в малых группах на уроке имеет большое значение для повышения интереса к предмету. Если детей с нейтральным отношением к предмету информатика объединить с детьми, которые любят этот предмет, то результаты совместной работы будут очень высокими.

1.2   Основные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы темы «Компьютер»

Рассмотрим существующие подходы к изучению темы «Компьютер» на основе УМК М.А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой и УМК А.В. Горячева.

Тема «Компьютер» по УМК М.А. Плаксина включает в себя [24]:

·      Правила техники безопасности в компьютерном классе.

·        Устройство компьютера. Назначение его основных блоков.

·        Основные составляющие интерфейса «человек - компьютер» (курсор, меню, пиктограмма, назначение основных клавиш и кнопок мыши и т.д.).

·        Хранение информации на компьютере: понятия файл, каталог, дерево каталогов

·        Управление компьютером с помощью стандартных элементов интерфейса (меню, пиктограммы).

·        Управление компьютером как с помощью клавиатуры (клавиши Enter, Esc, стрелки), так и с помощью мыши (одинарный и двойной щелчки).

·        Обращение к стандартной справочной службе программного продукта.

·        Ориентирование в системе хранения информации на компьютере (в дереве каталогов). Умение передвигаться по дереву каталогов.

·        Сохранение информации в файле. Загрузка информации из файла.

Понятие «компьютер» вводится в третьем классе после знакомства с понятием «информация», после чего рассматриваются следующие темы: «Какие инструменты помогают работать с информацией», «Компьютер - помощник человека». С § 5 начинается тема «Знакомство с компьютером». Даная тема раскрывается на 3-5 уроках, а на 6 уроке проводится проверочная работа в виде тестирования [24].

Содержание § 6 «Как человек общается с компьютером» раскрывает учащимся понятия рабочего стола компьютера; на следующем занятии (§ 7) раскрывается материал об использовании мыши при работе с компьютером. На уроке 5 происходит объяснение материала управление компьютером с помощью меню (§ 8. Как управлять компьютером с помощью клавиатуры). Затем проводится тестирование. На уроке 7 знания по темам «Информация» и «Компьютер» систематизируются и повторяются.

Тема «Компьютер» по УМК М.А. Плаксина в четвертом классе продолжается в разделе «Обработка и хранение информации на компьютере» и распределяется по пяти урокам, начинаясь с § 5. Кроме этого, изучая параграфы 5.4 и 5.5, дети проводят работу по оформлению текста, приобретают знания о программе-редакторе и тому, что эта программа умеет делать [24]. В четвертом классе изучение темы компьютер расширено понятиями поиска и замены в тексте, работой с графической информацией в среде текстового редактора, исследованием возможностей этой среды.

Для успешного освоения курса информатики по УМК М.А. Плаксина для 3-4 классов предлагается использовать на уроках следующие виды деятельности: эвристическую беседу; выполнение заданий интеллектуального практикума; наблюдение за объектом изучения, проведение экспериментальных исследований; просмотр и обсуждение учебных презентаций и мультфильмов; выполнение на компьютере заданий компьютерного практикума; работу со словарями, энциклопедиями, справочниками и т. д.; изготовление орфографического словаря; заполнение толкового словаря по информатике; контрольный опрос, контрольную письменную работу; тестирование (промежуточное и итоговое), в том числе, на компьютере; работу по инструкции; чтение и обсуждение текста; разбор домашнего задания; физкультурные минутки; компьютерные эстафеты. Предполагается использовать как групповую, так и индивидуальную формы обучения. Вариативность преподавания курса обеспечивается большим количеством практических заданий в практикумах.

В результате изучения информатики по данному УМК в третьем классе учащиеся приобретают теоретические знания: устройство компьютера, назначение его основных блоков; основные составляющие интерфейса «человек - компьютер» (курсор, меню, пиктограмма, назначение основных клавиш и кнопок мыши и т. д.).

В 4 классе: хранение информации на компьютере (понятия файл, каталог, дерево каталогов); понятие программы-редактора; поиск информации на компьютере; гиперссылки; компьютерная сеть; интернет; интернет-страницы; браузеры; адрес интернет-страницы.

Рассмотрим представление темы «Компьютер» в УМК Н. В. Матвеевой (2-4 классы). Существует несколько вариантов планирования курса Н. В. Матвеевой [26]:

Информатика - 34 часа, 1 час в неделю инвариантной части планирования, минимальная модель электронно-программного обеспечения с использованием ЦОР;

Информатика - 34 часа, 1 час в неделю в дополнительной учебное время, базовая модель электронно-программного обеспечения с использованием ЦОР;

Модуль в курсе математики - 17 часов минимальная модель;

Модуль в курсе математики и компьютерный практикум по курсу

«Информатика» - 51 час (1 час в две недели и 1 час в неделю проектная деятельность учащихся - вариативная часть, базовая модель электронно- программного обеспечения с использованием ЦОР к урокам учащимися);

Модуль в курсе математики и расширенный компьютерный практикум по курсу «Информатика» - 85 часов;

Информатика - 68 часов»

Информатика - 104 часа.

Рассмотрим первый вариант: Информатика - 34 часа (1 час в неделю инвариантной части планирования, минимальная модель электронно- программного обеспечения с использованием ЦОР).

Тема «Компьютер» для 2 класса начинается с раздела «Человек и компьютер», когда на 5-6 уроке (§ 5) изучается компьютер и его части. В поддержку изучения этой темы в УМК предусмотрен электронный словарь; тренажер мыши; презентация «Функции и задачи компьютера».

Тема «Компьютер» для 3 класса начинается с 4 урока; она следует после тем «Человек и информация», «Источники и приемники информации»,

«Носители информации» в контексте раздела «Информация, человек и компьютер» и продолжается один урок. Далее возвращение к теме начинается с 25 урока. По разделу «Компьютер, системы, сети» предусмотрено 5 уроков, на которых изучается материал следующих параграфов [26]:

§ 16. Компьютер - это система

§ 17. Системные программы и операционная система

§ 18. Файловая система

§ 19. Компьютерные сети

§ 20. Информационные системы

Затем в течении двух уроков проводится подготовительная работа к годовой контрольной и работа над ошибками.

В четвертом классе, так же как ив третьем, тема начинает изучаться в первой четверти в разделе «Повторение». Тема «Компьютер» вводится на 5 уроке и представлена в § 5 «Компьютер как система». После этого на 6 уроке следует повторение и компьютерный практикум. Потом тема «Компьютер» повторяется разделе «Мир моделей» (урок 22, § 18. «Компьютер как исполнитель»); косвенно тема затрагивается в разделе «Управление».

Перейдем к рассмотрению темы «Компьютер» в УМК А.В. Горячева (2-4 класс). Отдельно выделенной темы «Компьютер» во втором и третьем классе нет, но косвенно эта тема затрагивается в таких разделах как «Текст как источник информации», и «Систематизация информации» - в третьем классе, а во втором понятие компьютер объясняется с понятием понятие «Информация». В разделе для третьего класса «Текст как источник информации» излагаются основные правила набора текста на компьютере; практическая работа направлена на формирование следующих умений:

набирать текст на компьютере, с полной постановкой рук и со скоростью не меньше 10 символов в минуту;

владеть базовыми основами форматирования текста, изменения шрифта, текста, выравнивания;

анализировать текст с использованием таблиц;

готовить рассказ (доклад) на основе собранной информации в форме, указанной в задании [26].

В разделе «Систематизация информации» изучение компьютера происходит через работу и с информацией, направленной на выработку умения собирать информацию на конкретных ресурсах сети Интернет в соответствии с условиями поставленной задачи; на решение задач на расстояние между объектами при помощи схемы, графа, таблицы.

Кроме этого, среди приобретаемых умений в третьем классе остается: умение набирать текст на компьютере, с полной постановкой рук и со скоростью не меньше 10 символов в минуту; умение готовить рассказ (доклад) на основе собранной информации в форме, указанной в задании.

В четвертом классе также нет обозначенной темы «Компьютер», но дети работают с этим понятием в разделе «Мультимедиа и инфографика». При изучении этого раздела приобретаются следующие знания и умения: основные виды словарей и справочников и основные приёмы поиска информации в них, основные приёмы создания презентаций с помощью ПК, основные приёмы записи звука и видеоизображения на компьютер [1].

Ниже приведем умения, формируемые при изучении понятия «компьютер» в разделе «Мультимедиа и инфографика»:

выполнять поиск информации по заданному условию на конкретных ресурсах,

представлять результаты работы с информацией в виде инфографики,

представлять результаты работы с информацией в виде доклада с презентацией

представлять результаты работы в виде мультимедийной презентации со звуком и видео.

Рассмотрев подходы к представлению темы «Компьютер» в разных УМК по можно подвести следующие итоги:

1.   Данная тема присутствует во всех рассмотренных учебно- методических комплексах. При этом она следует после изучении темы «Информация» (УМК М. А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой) или в её контексте (УМК А.В. Горячева).

2.   Наиболее полно тема «Компьютер» представлена в УМК М.А. Плаксина, где особенность её рассмотрения заключается в детальном изучении устройства компьютера, его назначения и интерфейса. Компьютер представляется как устройство; закрепив назначение основных элементов компьютера, автор программы предлагает начать работу с ним. Тщательно разбирается работа с деревом каталогов, работа с файлами, ведется работа с текстовыми и графическими редакторами. Кроме того, в УМК М.А. Плаксина хочется отметить удобное построение учебника по параграфам.

3. В УМК Н.В. Матвеевой компьютер рассматривается как система, и это представление проводится через весь курс. Персональный компьютер представляется частью системы «человек - компьютер», и сам компьютер как взаимосвязь между объектами системы - интерфейсом. Таким образом, начиная с младшей школы, вводится представление ПК как системы, включающей подсистемы аппаратного обеспечения, программного обеспечения и информационных ресурсов. Такой подход характерен для более взрослых учеников, но и в младшем возрасте дает представление. Также хотелось бы отметить, что данный УМК имеет множество вариантов планирования.

4. УМК А.В. Горячева отличается тем, в нем нет четко обозначенной темы «Компьютер», но понятие компьютера вводится и изучается совместно с темой «Информация» и «Мультимедиа». Такое представление материала позволяет сделать упор на развитие навыков беглого набора текста, подготовку презентаций и различных докладов.

5. Нет ни одного УМК, где бы шла речь о разнообразии современной компьютерной техники, в том числе о многопроцессорных устройствах и суперкомпьютерах.

1.3   Основное содержание темы «Алгоритмы» в курсах информатики начальной школы

Алгоритмизация по праву является центральным элементом содержания курса информатики в школе. Изучение алгоритмизации предполагает собой два аспекта: развитие мышления и программирование. Аспект развития связан с необходимостью разработки алгоритмического мышления учеников, как необходимого качества личности современного человека, а программный аспект этого вопроса имеет карьерный характер и связан с необходимостью показать ученикам содержание деятельности программистов - таким образом, ученики знакомятся с понятиями алгоритма и исполнителя алгоритма [6].

Так как цели преподавания информатики в школе заключаются в развитии системного, аналитического и алгоритмического мышления, для этого необходимо четко определить объект педагогического воздействия (ученик и его мышление в) и найти средства воздействия на ученика, учитывая его психологические характеристики, а не только способы формирования знаний, навыков и навыков. Учитель должен понимать, что мышление не является чем-то совершенно независимым, а является элементом целостной личности школьника.

Необходимо учитывать в процессе обучения информатике, что мышление - это психический процесс, процесс интерпретации того, что воспринимается ребенком, что означает - даже одинаково воспринимаемый материал, понимается по-разному, то есть в процессе мышления интерпретация того, что воспринимается, зависит от ряда факторов: возраста, образования, мировоззрения, жизненного опыта и других качеств.

Как считают современные психологи и методисты - умственная деятельность может быть направлена как бы «внутри себя» и внешне [27]. Этот тип называется «внутренним информационным потоком», а тип, выражаемым в словесной форме, - «внешним информационным потоком».

Как внутренние, так и внешние информационные потоки можно рассматривать как процессы, таким образом, строить динамические модели мышления и речи. Под «внешним информационным потоком» можно понимать процесс вывода информации из нашей памяти и представления информации [2].

Современный учитель информатики должен наряду с методами обучения информационным технологиям изучать также методы формирования понятий информатики и методы развития систематического или алгоритмического мышления, использовать их в сочетании с методами формирования знаний, умений и навыков. Для разработки новых методов требуется некоторое время и усилия, но эффективность от приложенных усилий со временем принесет должный результат, как с точки зрения ускорения изучения программного материала, так и с точки зрения повышения эффективности учебно-образовательного процесса в целом, а также с точки зрения повышения качества образованного процесса.

Младший школьный возраст характеризуется тем, что у детей в этот период развивается и формируется стиль мышления. Поэтому для подготовки детей к жизни в современном информационном обществе, прежде всего, необходимо разработать логическое и алгоритмическое мышление, умение анализировать (изолировать структуру объекта, идентифицировать отношения, понимать принципы организации) и синтезировать какой - либо объект (создание новых схем, структур и моделей). Важно отметить, что технология такого обучения должна быть массовой, общедоступной и не должна зависеть исключительно от возможностей школ или родителей.

Во многих отношениях роль информатики в развитии алгоритмического мышления школьника объясняется современными достижениями в области моделирования и проектирования, особенно в объектно-ориентированном моделировании и проектировании [14].

Предмет информатики тесно связан с курсом математики, основной целью которого является формирование у школьников основ алгоритмического мышления. Способность мыслить алгоритмически понимается, как способность решать задачи различного происхождения, которые требуют составления плана действий для достижения желаемого результата [15].

Алгоритмическое мышление, рассматриваемое как представление последовательности действий, определяет интеллектуальную силу человека, его творческий потенциал. Навыки планирования, привычка к точному и полному описанию их действий, помогают школьникам разрабатывать алгоритмы решения проблем различного происхождения. Алгоритмическое мышление является необходимой частью научного мировоззрения. Поэтому посещая курс математики и информатики, школьник учится мыслить алгоритмически.

В познании велика роль игр, при их активном использовании в сочетании с театрализацией достигается оптимальный результат в развитии мышления младшего школьника [15].

Рассмотрим содержание темы «Алгоритмы» на примере УМК М. А. Плаксина.

Развитие алгоритмического мышления через решение алгоритмических задач, изучение «черных ящиков» - одно из ключевых направлений рассматриваемого курса. В результате его реализации формируется представление об алгоритмах и отрабатывается умение решать алгоритмические задачи на компьютере средствами ресурса «Интерактивный задачник для младших школьников» [24].

В третьем классе ученик, изучая тему «Алгоритм», знакомится с понятием алгоритма. В четвертом классе ученики осваивают различные способы представления алгоритма (словесное описание¸ блок-схемы), изучают виды алгоритмов (линейные, ветвящиеся и циклические).

Практическая компонента для третьего класса заключаются в умениях: анализировать и прогнозировать последствия своих действий (реальных или гипотетических); строить цепочки причинно-следственных связей; демонстрировать единство противоречий в знакомом объекте; исполнять алгоритмы, записанные в понятной форме; определять исходную информацию и результаты алгоритма.

Практические умения, формируемые в четвертом классе заключаются в исполнении алгоритмов, записанных в понятной форме, в том числе ветвящихся и циклических.

Для третьего класса тема «Алгоритм» раскрывается в третьей четверти на 23, 24 уроках (параграфы 24 и 25 - «Что такое алгоритм» и «Где используются алгоритмы»), после изучения темы «Что такое «черный ящик». В четвертом классе тема «Алгоритм» изучается в разделе «Алгоритмы», состоящем из следующих параграфов:

§ 2.1. Способы представления алгоритмов.

§ 2.2. Что такое алгоритмы с ветвлениями?

§ 2.3. Что такое циклические алгоритмы?

Рассматриваемый УМК направлен на формирование алгоритмического мышления - умения планировать последовательность действий для достижения какой-либо цели (личной, коллективной, учебной, игровой и др.). Кроме этого развиваются следующие умения:

умение решать задачи, ответом для которых является описание последовательности действий на естественных и формальных языках;

умение вносить необходимые дополнения и изменения в план и способ действия в случае расхождения начального плана (или эталона), реального действия и его результата;

умение использовать различные средства самоконтроля с учетом специфики изучаемого предмета (дневник, в том числе электронный, портфолио, таблицы достижения результатов, беседа с учителем и т.д.).

Рассмотрим УМК Н.В Матвеевой. Данный УМК отличает системность, достигаемая опорой на сквозные содержательные линии:

•      информация, виды информации (по способу восприятия, по способу представления, по способу организации);

•        информационные объекты (текст, изображение, аудиозапись, видеозапись);

•        источники информации (живая и неживая природа, творения человека);

•        работа с информацией (обмен, поиск, преобразование, хранение, использование);

•        средства информационных технологий (телефон, компьютер, радио, телевидение, устройства мультимедиа);

•        организация информации и данных (оглавление, указатели, каталоги, записные книжки и другое).

Во втором и третьем классе в УМК Н.В Матвеевой темы «Алгоритмы» нет. Тема появляется в четвертом классе в конце обучения в подразделе «Мир моделей» и состоит из параграфов:

§ 15. Алгоритм как модель действий.

§ 16. Формы записи алгоритмов. Виды алгоритмов.

§ 17. Исполнитель алгоритма [26].

Рассмотрим УМК А.В. Горячева. Теме «Алгоритм» уделено большое значение, начиная со второго класса школьники знакомятся с тем, что такое «алгоритм», «порядок шагов», «последовательность», узнают значение термина «исполнитель», изучают основные принципы ветвления и цикличности.

В итоге, во 2 классе школьники осваивают основные правила записи порядка шагов.

В третьем классе теме «Алгоритмы» уделяется 8 часов, в рамках которых осваиваются: значение термина «алгоритм», «линейный алгоритм», «алгоритм с ветвлением», «циклический алгоритм»; основные свойства алгоритма; правила записи алгоритма естественным языком и языком блок- схем; основные правила работы в среде Kodu. При этом формируются следующие умения:

решать (выполнять) линейные вычислительные и событийные алгоритмы;

составлять линейные алгоритмы и записывать их естественным языком или языком блок-схем;

создавать и открывать шаблоны и ранее сохранённые проекты в среде Kodu; создавать и первично настраивать собственные проекты; управлять простыми исполнителями [1].

В четвертом классе, как и в предыдущих классах, теме «Алгоритмы» уделено 8 часов. Тема появляется после раздела «Мультимедиа и инфографика», перед темой «Программирование и управление» и служит связующим звеном между ними [1].

Тема «Алгоритмы» дает возможность ученикам понять необходимость разработки письменных алгоритмов как этапа программирования, а также понимание структуры и правил работы в среде Scratch.

Таким образом, нами было рассмотрено представление темы

«Алгоритмы» в трех УМК разных авторов. В УМК Н.В Матвеевой теме

«Алгоритмы» не уделено внимания, этот комплекс больше направлен на рассмотрение разных видов информации, объектов и систем.

В УМК М.А. Плаксина тема «Алгоритмы» получила должное развитие; при её раскрытии уделено внимание способам представления алгоритмов, алгоритмам с ветвлениями, циклическим алгоритмам.

Наиболее полно тему «Алгоритмы» раскрывает УМК А.В. Горячева; комплекс прочно закрепляет значение термина, основные свойства, правила записи, использование блок-схем. Тема используется на протяжении всей младшей школы, начиная со второго класса, тогда как начало изучения информатики по УМК М.А. Плаксина начинается с третьего класса. Но в целом представление темы схоже, только в УМК А.В. Горячева в третьем классе этой теме уделяется 16 часов и используются среды Kodu и Scratch.

Нет ни одного УМК, где бы школьники при изучении темы «Алгоритмы» знакомились бы с параллельными алгоритмами.

1.4   Определение сущности понятия «суперкомпьютерные технологии» и возможности его рассмотрения в начальной школе

Мир, окружающий современного человека, стремительно меняется.

Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. С началом разработки и появления первых компьютеров основное внимание разработчиков уделялось производительности вычислительных систем. С увеличением роста числа пользователей и расширением сферы приложений к вычислительным системам предъявлялись новые требования, в том числе - к мощности вычислительной техники. Современные компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач. Результатом такого подхода стало появление суперкомпьютеров, вычислительных машин значительно превосходящих по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров [2].

Суперкомпьютер - это мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). То есть супер-ЭВМ - это вычислительная система, которая позволяет производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. Каждая компьютерная система состоит из 3-х основных частей: центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент). Но главную роль играют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей [6].

Основные функции, выполняемые суперкомпьютером, заключаются в решении сложных математических задач, участии в исследованиях национального и международного масштаба. Прежде всего, это задачи получения точных прогнозов долгосрочных климатических изменений и геологических катаклизмов (землетрясений, извержений вулканов, столкновений тектонических плит), прогнозов цунами и разрушительных ураганов, экологических прогнозов и т.п. Это задачи расшифровки генома человека, определение роли каждого гена в организме, влияние генов на здоровье и продолжительность жизни человека. Не обойтись без компьютеров в сейсморазведке, нефте и газодобывающей промышленности, автомобилестроении, проектировании электронных устройств, фармакологии, синтезе новых материалов и многих других отраслях. Новые задачи подобного рода появляются постоянно; постоянно возрастают требования к точности и к скорости решения прежних задач. Решение этих и подобных им задач связано с использованием параллельных вычислительных систем, в которых предусмотрена одновременная (параллельная) реализация нескольких вычислительных процессов.

Принцип параллельной обработки данных занимает главное место и воплощает идею одновременного и параллельного выполнения нескольких действий. Если некое устройство выполняет одну операцию за единицу времени, то тысячу операций оно выполнит за тысячу единиц. Если предположить, что есть пять таких же независимых устройств, способных работать одновременно, то ту же тысячу операций система из пяти устройств может выполнить уже не за тысячу, а за двести единиц времени. Аналогично система из N устройств ту же работу выполнит за 1000/N единиц времени. Конвейерная обработка состоит в выделении отдельных этапов выполнения общей операции и каждый этап, выполнив свою работу, передаёт результат следующему этапу, одновременно принимая новую порцию входных данных [2].

Рассмотрение темы суперкомпьютеров помогает определить важность преподавания компьютерных технологий в школе [18]. Понятия, связанные с параллельными процессами, алгоритмами, суперкомпьютерами и параллельными вычислительными системами - являются актуальными в настоящее время, так как эти концепции во многом определяют одно из стратегических направлений в развитии информатики и информационных технологий [17].

Формируя навыки и представления в области параллельных вычислений и параллельного программирования, каждый педагог по информатике задает себе такой вопрос: «Можно ли начинать такую работу в рамках обычного школьного курса информатики?» и «Когда можно начинать эту работу?».

Традиционно считается, что работа по приобретению навыков в области параллельных вычислений должна применять только в старшей школе. Но как показывает опыт педагогов, предварительное ознакомление с азами параллельных вычислений надо начинать с младших школьников, так как именно тогда начинает формироваться мышление ребенка и именно в этот момент можно повлиять на него.

Параллельное программирование требует особого мышления, которое опирается на системное, логическое, алгоритмическое начало. Кроме того, специалисты, работающие в этой области, должны также иметь - параллельное мышление, которое заключается в способности видеть в окружающем мире, а также последовательные и параллельные алгоритмы. Такая способность должна быть необходимо развивать уже на ранних этапах обучения - в младшей школе

Согласно ФГОС одним из важных результатов изучения информатики в школе является формирование алгоритмической культуры и алгоритмического мышления, данные качества, сформированные в школе, помогут ребенку в будущем. Он сможет самостоятельно планировать пути достижения целей и научится ставить альтернативные цели, а также выбирать наиболее эффективные способы решения каких-либо проблем [22].

Способность соотносить свои действия с запланированными результатами, а также умение контролировать их деятельность в процессе достижения результата определяется возможностями параллельного мышления. Умение определять методы действий в соответствии с предлагаемыми условиями и требованиями, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией, способность оценивать правильность выполнения образовательной задачи, свои возможности ее решения, владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и реализации сознательного выбора в образовательной и познавательной деятельности - это те аспекты, которые необходимо развивать в младшей школе.

Обучение алгоритмизации проходит красной нитью через содержание курса информатики в российской школе. Алгоритмизация начинается для учащихся начальных и средних школ, обучение начинается с изучения различных последовательных алгоритмов, также при обучении активно используются многочисленные компьютерные исполнители последовательных алгоритмов.

Параллельный алгоритм - это такой алгоритм, который может быть реализован в частях на множестве различных исполнителей, с последующим сочетанием полученных результатов, что полностью соответствует концепции параллельного программирования.

Само понятие параллельного программирования может вводится на уроках на основе обыденных представлений учащихся, например, несколько человек может выполнять общую работу: строить дом, собирать какой-либо аппарат. Но иногда в процессе выполнения этих действий может быть назначен руководитель, который будет координировать их действия. Или в других ситуациях руководитель может быть и не назначен, исполнители будут согласовано действовать, без руководителя, имея определённую, единую систему команд.

Именно в таких простых жизненных примерах проявляется возможность осознать важность параллельного программирования, так можно акцентировать внимание ребенка, на том, что результат зависит от взаимного действия многих детей, от согласованных действий разных исполнителей, и эти действия должны строиться с учетом различных ресурсов.

Рис.1.1 Задача на параллельные алгоритмы

В заключение заметим, что тематика, связанная с пропедевтикой параллельных алгоритмов, интересует не только отечественных, но и зарубежных специалистов. Например, в 2015 году в задания Международного конкурса по информатике «Бобер» была включена соответствующая задача (рис. 1.1).

Вышеизложенное определяет поле возможных задач для пропедевтики основных понятий в области параллельных вычислений и суперкомпьютерных технологий. По мнению Л.Л. Босовой разработка целостной методики пропедевтической подготовки учащихся основной школы в области параллельного программирования - задача нескольких ближайших лет [5].

1.5   Опыт учителей-новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами

Передовой педагогический опыт содержит в себе элементы творческого поиска и новизны, а также новаторство, поэтому необходимо анализировать данный опыт и собирать его, так он очень ценен тем, что прокладывает новые пути в педагогической науке.

Анализ опыта заключается в мысленном расчленении целостного педагогического процесса на элементы его составляющие. В процессе анализа оцениваются эти элементы с точки зрения их эффективности применения на уроке [27].

Первым важным признаком передового педагогического опыта является соответствие новаторской программы современному общественному развитию. Передовые педагоги всегда остро реагируют на требования современного, в нашем случае информационного общества, к обучению и воспитанию школьников, и поэтому быстро находят пути совершенствования существующего педагогического процесса.

Второй признак педагогического опыта это - высокая результативность внедряемой программы. Передовой педагогический опыт всегда основан на высоких результатах эффективности, он помогает давать школьнику высокое качество знаний, и обеспечивает значительное повышение уровня воспитанности и общего развития детей, причём результаты педагогов- новаторов часто бывает, отличаются от результатов массового опыта деятельности педагогов и коллективов [21].

Еще один признак передового педагогического опыта - это оптимальность. Достижение устойчивых положительных результатов в обучения детей не должно подразумевать перегрузок. То есть педагогический опыт подразумевает собой грамотное сочетание методик без перегрузки и без слишком больших объемов трудоемких занятий, но при таком сочетании обеспечивается высокий уровень знаний, поэтому внедрение передового педагогического опыта не должно сопровождаться напряжением здоровья детей.

Четвертый признак передового педагогического опыта - это стабильность результатов учебно-воспитательного процесса. Именно стабильность при меняющихся условиях обучения и воспитания, а также достижение положительных результатов на достаточном большом отрезке времени является важным критерием передового педагогического опыта.

Перечислим элементы, подлежащие анализу: основные педагогические задачи; содержание учебного материала; способы, обеспечивающие развитие мышления ученика; деятельность учителя; деятельность учащихся; материальное обеспечение деятельности учителя, которое включает в себя различные пособия; внешние условия обучения, например, рабочее место; результаты обучения, под ними подразумевается качество знаний, уровень обученности и многое другое.

Босова Л.Л. представляет классы задач, связанных с параллельными алгоритмами, которые могут быть использованы в работе с младшими школьниками [5].

Самый простой вариант - это класс задач на совместное выполнение работы однотипными исполнителями.

Пример 1. Если включить кран с холодной водой, то ванна наполнится за полчаса, а если с горячей - то за час. Сколько времени потребуется, чтобы заполнить ванну, когда включены оба крана?

Большинство учащихся отвечает - 45 минут, что является неправильным ответом, т.к. только при одном включенном кране ванна набирается за полчаса. Использование подобного примера, можно рассматривать как более удачный вариант для демонстрации процессов параллелизма и по сравнению с классическим примером о «землекопах», т.к. он требует большей интеллектуальной активности учащегося.

. Трое мужчин могут покрасить три забора за три часа. Сколько времени потребуется, чтобы один человек покрасил один забор?

Наиболее частый вариант ответа - один час, что также неверно (так как каждый человек должен красить свой забор в течение трех часов).

Пример 3. Три пятиклассницы Анна, Ева и Лиза одинаково быстро и хорошо умеют печатать на компьютере. Если любые две из этих девочек будут работать одновременно, то смогут напечатать материалы для школьной газеты за час. Сколько времени они потратят на эту работу, если будут выполнять её все трое вместе?

С точки зрения параллельного программирования здесь важно обратить внимание на узкие места, связанные с возможностью распараллеливания: например, все хорошо, если девочкам предстоит перепечатать 6 одинаковых по количеству знаков заметок для стенгазеты. А если заметок всего 2? Как делить работу на части? Сколько времени уйдёт на «объединение полученных результатов и получением корректного результата»?

Задач такого рода достаточно много в курсе математики. Подобного рода задачи считаются наиболее ценными среди текстовых задач - они тренируют внимание, заставляют остановиться и посмотреть на задачу с совершенно неожиданной стороны. Также уместно при использовании такого класса задач на уроке отмечать и их недостатки. Так, в задаче о трех мужчинах и трех заборах, которые они красят в течение трех часов, подразумевается, что, во-первых, все троя красят с одинаковой скоростью и, во-вторых, красят непрерывно, не снижая и не повышая темпа работы. Оба предположения нереальны. Предполагается, что мы игнорируем все это, иначе задача оказалась бы слишком сложной, и у нас не было бы достаточно данных для ее решения. Необходимо было бы точно знать, сколько раз каждый маляр замедлял работу и насколько он устал на третьем часу, как часто останавливался, чтобы перекусить и т.п. По сути, текстовые задачи заставляют делать упрощающие предположения, что является ценным навыком математического моделирования.

Дадим оценку представленному выше опыту по включению задач на разработку параллельных алгоритмов в курс информатики для младших школьников (табл.1.).

Таблица 1

Включение задач на разработку параллельных алгоритмов в курс информатики для младших школьников

Критерий	Оценка
Достоверность	Данный педагогический опыт был предоставлен Босовой Л.Л. Заслуженным учителем РФ, д.п.н, автора по УМК по информатике.
Оптимальность	Тема «знакомство с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами» является оптимальной с точки зрения затрат усилий и средств.
Длительность функционирования опыта	длительность функционирования опыта не очень долгая, так как «знакомство с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами» представляет собой новаторскую методику.
Творчество	Творческий элемент реализован достаточно ярко, так как в методике автора предполагается использование игр.
Соответствие современным достижениям методики	Проанализированная методика полностью соответствует современным достижениям и отвечает на потребности информационно развитого общества.

Рассмотрим опыт по знакомству с многопроцессорными вычислительными устройствами, предложенный Ереминым Е.А. [12]/

Преподаватели информатики обычно с энтузиазмом воспринимают представление новых тем, таких как многопроцессорные вычислительные устройства, при помощи игрового метода.

В методической литературе опубликованы различные игровые подходы, способствующие лучшему понимаю этой темы, но в тоже время в существующих игровых методик для изучения многопроцессорных вычислительных устройств недостаточно и они зачастую не эффективны.

Это происходит от того, что у большинства учеников не сформировано представление об аппаратных основах, широко изучаемых в рамках курса информатики. И главная трудность при объяснении темы, заключается в том, что нужно продемонстрировать преимуществом на какой-либо конкретной задаче. Рассказ учителя о расшифровке генома впечатляет учеников, но не убеждает их, вследствие чего, ученики не могут оценить как именно многопроцессорные вычислительные устройства могут работать эффективно. Связи с этим возникает противоречие, задачи по многопроцессорным вычислительным устройствам достаточно сложны. Поэтому педагогу необходимо переосмыслить эти задачи так, чтобы было понятно всем ученикам. Этот момент представляется сложным неподготовленным детям, поэтому хотелось бы обратить внимание на такую задачу такую проблему, проблема подбора подходящей вычислительной задачи при объяснении темы.

Разрабатывая задачи на тему многопроцессорные вычислительные устройства, педагогу необходимо сделать упор на производительность подобных устройств, на количество операций производимых системой за единицу времени, это помогает понять ученику особенности многопроцессорных вычислительных устройств.

Также можно применить задачу для определения пиковой производительности компьютера, при этом может потребоваться определенное оборудование, при этом можно будет определить пиковую производительность в идеальных условиях, при равномерной загрузки всех устройств.

Также при объяснении темы многопроцессорные вычислительные устройства можно использовать набор тестов, которые могут быть реализованы в виде программы.

Объясняя тему, необходимо показать ученикам одно из отличительных способности и многопроцессорные вычислительные устройства - это сеть обмена, при помощи которой процессоры соединяется с друг другом. Этот момент очень важен для понимания многопроцессорных устройств, моделируя систему, ученики могут выявить характеристики производительности, что будет соответствовать понимаемой им темы.

Проведем оценку передового педагогического опыта на основе критериев (табл.2):

Таблица 2

Знакомство с многопроцессорными вычислительными устройствами

КритерийОценка
Достоверность	Данный педагогический опты был предоставлен Ереминым Е.А. Кандидатом физико- математических наук. Автором ряда компьютерных программ учебного назначения, применяемых во многих, в т. ч. и зарубежных, организациях.
Оптимальность	Тема «многопроцессорные вычислительные устройства» является оптимальной с точки зрения затрат усилий и средств, и являет собой грамотное сочетание методики без перегрузки и без слишком больших объемов объясняемого материала.
Длительность функционирования опыта	Ллительность функционирования опыта не очень долгая, так как «многопроцессорные вычислительные устройства» представляет собой новаторскую методику.
Творчество	Творческий элемент реализован достаточно ярко, так как в методике автора предполагается использование задач и тестов
Соответствие современным достижениям методики	Проанализированная методика полностью соответствует современным достижениям и отвечает на потребности информационно развитого общества.

Игровые методики при знакомстве младших школьников с суперкомпьютерными технологиями использует педагог И.В. Гаврилова [7], считающая. что разъяснить новое, непривычное понятие можно с помощью игры - имитации параллельной обработки информации. Информация может быть любой (текстовой, графической и т. д.). Основная задача - выполнять совместную работу (которую нужно поделить между собой). В игре принимают участие 3 команды (К1, К2 и К3). Для каждой команды необходимо подготовить по 2 коробки и по 16 мячей. В начале игры у каждой команды одна коробка пустая, в другой коробке лежат мячи. Перед игроками ставится задача: перенести все мячи (или другие предметы) как можно быстрее, не нарушая указаний (для каждой команды своих) в другую коробку. Расстояние между коробкой с мячами и пустой коробкой для всех команд должно быть одинаковым.

В процессе игры понадобятся судьи. Судьи должны следить за игрой, а также за временем выполнения задания. Время необходимо фиксировать для каждой команды отдельно.

Команды действуют согласно предложенным правилам:

К1: по принципу обычного персонального компьютера (последовательного): в команде 1 человек и он все делает сам (по одному мячу носит из одной коробки в другую).

К2: по принципу конвейера: (4 игрока в команде) первый игрок достает мяч из коробки, передает второму игроку, второй передает третьему, третий - четвертому, четвертый кладет мяч в коробку. Как только первый игрок отдает второму мяч, он берет еще один мяч из коробки (и так до тех пор, пока мячи в коробке не закончатся), после чего сразу отдает его второму игроку (если у второго игрока мяча нет). И так до тех пор, пока все мячи не окажутся в коробке, которая в начале игры была пустой.

К3: параллельно: (4 игрока в команде) все четверо берут по одному мячу из коробки и несут в пустую коробку, складывают, после чего возвращаются за другими мячами. Так происходит до тех пор, пока все предметы не окажутся в коробке, которая в начале игры была пустой.

Количество мячей в коробке можно изменять при необходимости, но для всех команд число мячей должно быть одинаковым. Количество игроков в командах К2 и К3 также можно изменить.

Чтобы было не так обидно игроку, который один в команде, можно сделать еще одну-две команды, в каждой из которых будет всего один игрок. При подведении итогов следует обратить внимание на следующее: «Кто оказался быстрее?», «Во сколько раз?», «Почему так получилось?», «Что было бы, если число игроков во 2 и 3 командах было бы не 4, а 8?», «Не 4 игрока, а 50?», «Не помешают ли игроки друг другу, особенно если дорога узкая?»

Аналогично устроена и следующая игра - по математике и информатике. Для трех команд предложено по 4 задачи (для всех команд одинаковые). Снова в команде К1 только один человек, который самостоятельно будет решать все 4 задачи. В команде К2 и К3 по 4 человека. Решение задачи разбивается на 4 этапа:

1.     Игрок определяет и записывает: что «дано» и что необходимо «найти».

2.       Игрок определяет, какие величины необходимо найти для решения задачи, записывает формулы для нахождения этих величин, при необходимости выражая их из формулы.

3.       Игрок подставляет в формулу значения известных величин, переходит к необходимым единицам измерения, если это требуется в задаче, записывает выражение.

4.       Игрок вычисляет результат.

Вместо задач можно предложить ребятам решать примеры, 8-12 (для случая 4 игроков в двух командах). Много примеров неинтересно для игроков «последовательных» команд, да и придется дожидаться, пока игрок решит их все - «простаивают» другие игроки. Можно подобрать один пример, в котором можно выполнять большинство действий одновременно и, соответственно, поделить вычисления между игроками, предварительно определив этапы решения (для разделения работы). Для «конвейерной команды» этот пример будет выполняться по действиям.

В игре по английскому языку можно рассмотреть перевод текста или слов, используя словарь. В случае текста - можно разбивать работу по предложениям или абзацам. В случае слов - по отдельным словам. И снова надо указать, как должна работать «конвейерная» команда.

Пример действия игрока конвейерной команды К2:

1.     Переводит все знакомые ему слова (без словаря). Значения слов записывает над словами на карточке, передает карточку игроку №2.

2.       Ищет в словаре значения слов, которые еще не переведены (предварительно можно договориться о используемых словарях, в т.ч. онлайн), переводит их. Если слово знакомо игроку, то можно словарем не пользоваться. Передает карточку игроку №3.

3.       Выбирает подходящие по смыслу значения слов, из тех, которые предложили игроки №1 и №2, ненужное вычеркивает.

4.       Составляет согласованные предложения.

Оценка передового педагогического опыта по использованию игровых методик на этапе знакомства школьников с параллельными алгоритмами представлена в таблице 3:

 

Таблица 3«Параллельные» игры

КритерийОценка
Достоверность	Данный педагогический опты был предоставлен И.В.Гавриловой, учителем информатики МБОУ СОШ №83 имени кавалера ордена Мужества Е. Е. Табакова, г.Ногинск-9
Оптимальность	Тема является оптимальной с точки зрения затрат усилий и средств, и являет собой грамотное сочетание методики без перегрузки и без слишком больших объемов объясняемого материала.
Длительность функционирования опыта	Длительность функционирования опыта не очень долгая, работы в данном направлении ведутся только несколько последних лет
Творчество	Творческий элемент реализован достаточно ярко, так как в методике автора предполагается использование игр.
Соответствие современным достижениям методики	Проанализированная методика полностью соответствует современным достижениям и отвечает на потребности информационно развитого общества.

В заключение отметим, что начало знакомства младших школьников с суперкомпьютерными технологиями было положено еще в конце прошлого века. Так, в книге «Алгоритмика» [29] был описан исполнитель Директор строительства (ДС), руководящий работой строительных бригад, возводящих здание из блоков. Всякий блок независимо от формы и размера может быть установлен одной бригадой за один день. Две бригады не могут устанавливать один и тот же блок. Установка блока может начаться только после того, как установлены все блоки, на которые он опирается. Строительная бригада устанавливает блок по команде ДС установи (n), где n-номер блока.

Необходимо построить здание следующей конструкции:

Требуется разработать алгоритм строительства этого здания за 6 дней тремя бригадами.

Задачи подобного типа разнообразны: здание предлагается строить одной бригадой; к строительству предлагается привлечь столько бригад, чтобы закончить работу в минимальные сроки; за определённое количество дней здание предлагается построить с помощью определенного количества бригад; предлагается доказать, что решение некоторой задачи единственное.

В виртуальной лаборатории «Алгоритмика» (в составе CD «Математика. 5-11 классы. Практикум») была реализована программная поддержка исполнителя Директор Строительства.

«Алгоритмика» - одно из наиболее значительных достижений отечественной школы в области параллельного программирования для младших школьников.

Выводы по главе 1

Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. Важнейшей целью-ориентиром изучения информатики в школе является воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, в частности приобретение учащимися информационной и коммуникационной компетентности (далее ИКТ- компетентности). Следующая важная цель обучения информатике в начальной школе связана с целенаправленной работой по формированию алгоритмического стиля мышления, которую целесообразно начинать в младших классах, так как у старшеклассников стиль мышления уже фактически сложился, новые формы мышления воспринимаются ими с трудом. ФГОС НОО ориентирован на формирование алгоритмического мышления и ИКТ-компетентности обучающихся, что может достигаться при овладении специально предусмотренным учебным планом школы курсом информатики (содержательные линии «Компьютер» и «Алгоритмизация»).

При рассмотрении существующих подходов к изучению темы «Компьютер» на основе УМК М.А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой и УМК А.В. Горячева установлено, что содержание этой темы достаточно традиционно; оно так или иначе представлено в каждом УМК. Наиболее полно тема «Компьютер» представлена в УМК М.А. Плаксина, где особенность её рассмотрения заключается в детальном изучении устройства компьютера, его назначения и интерфейса. Тщательно разбирается работа с деревом каталогов, работа с файлами, ведется работа с текстовыми и графическими редакторами. Вместе с тем, нет ни одного УМК, где бы шла речь о разнообразии современной компьютерной техники, в том числе о многопроцессорных устройствах и суперкомпьютерах.

При рассмотрении представления темы «Алгоритмы» в УМК тех же авторских коллективов установлено, что наиболее полно она раскрыта в УМК А.В. Горячева; комплекс прочно закрепляет значение термина, основные свойства, правила записи, использование блок-схем; для формирования практических навыков используются среды Kodu и Scratch. Вместе с тем, нет ни одного УМК, где бы школьники при изучении темы «Алгоритмы» знакомились бы с параллельными алгоритмами.

Такая ситуация не отражает требования современности, когда компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач. Результатом такого подхода стало появление суперкомпьютеров, вычислительных машин значительно превосходящих по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. В суперкомпьютерных технологиях главное место занимает принцип параллельной обработки данных, воплощающий идею одновременного и параллельного выполнения нескольких действий.

Задача начальной школы - показать, что мы живем в мире алгоритмов, причем не только последовательных, но и параллельных. Первый опыт знакомства младших школьников представлен в книге «Алгоритмика», изданной в конце прошлого века. В настоящее время накоплен определенный опыт учителей-практиков по включению элементов суперкомпьютерных технологий в начальный курс информатики. Тематика, связанная с пропедевтикой параллельных алгоритмов, интересует не только отечественных, но и зарубежных специалистов.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА ПО ФОРМИРОВАНИЮ У МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Идея знакомства учеников начальных классов с начальными представлениями о суперкомпьютерных технологиях возникла после посещения суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова. Сильное впечатление произвели слова крупнейшего отечественного специалиста в области параллельных вычислений В.В. Воеводина о том, что «освоение вычислительной техники параллельной архитектуры молодыми специалистами идет с большими трудностями. Поэтому очень важно, чтобы обучающийся как можно раньше узнал, что существуют другие способы организации вычислительных процессов, а не только последовательное выполнение «операция за операцией», что на этих других способах строится самая мощная современная вычислительная техника, что только на такой технике удается решать крупные промышленные и научные задачи и т.д. Важно, в первую очередь, для того, чтобы как можно раньше обратить внимание обучающихся на необходимость критического отношения к философии последовательных вычислений. Ведь именно с этой философией им приходится сталкиваться на протяжении всего образования как в школе, так и в вузе. И именно эта философия мешает пониманию особенностей работы на вычислительной технике параллельной архитектуры».

После этого было принято решение подготовить сценарии уроков, вводящие учеников начальной школы в суперкомпьютерный мир. Начались поиски информации, изучение существующего опыта. В итоге были подготовлены методические разработки соответствующих уроков для учеников третьего класса, которые и были проведены во время педагогической практики.

суперкомпьютерный алгоритмический младший школьник

2.1   Технологические карты уроков по теме «Параллельные алгоритмы» для учащихся 3 классов

Урок 1. Тема: Суперкомпьютер

ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Предмет	Информатика	Класс	3
Тема урока	Суперкомпьютер
Планируемые образовательные результаты
Предметные	Метапредметные	Личностные
• формирование информационной и алгоритмической культуры; • формирование представления о компьютере как универсальном устройстве обработки информации; • развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе	• владение общепредметными понятиями «алгоритм», «исполнитель», «параллельный алгоритм»; • умение соотносить свои действия с планируемыми результатами; • владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений.	• понимание роли информационных процессов в современном мире; • готовность к повышению своего образовательного уровня и продолжению обучения с использованием средств и методов информатики и ИКТ.
Решаемые учебные проблемы	Расширить представления о и компьютерах; познакомиться с суперкомпьютером
Основные понятия, используемые на уроке	Суперкомпьютер, компьютер.
Используемые на уроке средства ИКТ, образовательные интернет-ресурсы	Интерактивная доска, мультимедийная презентация.
Необходимый материал	Интерактивная доска
Распределение ролей	Учитель рассказывает о суперкомпьютере, сопровождая свой рассказ мультимедийной презентацией. Ученики слушают и обсуждают новый материал.
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УРОКА
Этап 1. Вхождение в тему урока и мотивация учебной деятельности
Длительность этапа	3-5 минут
Образовательный результат	Ученики «включаются» в работу, учитель мотивирует учеников на дальнейший интерес к суперкомпьютерным технологиям.
Содержание этапа	Учитель: Добрый день. Я рада вас приветствовать на уроке. Сегодня мы с вами узнаем об очень необычном компьютере,
	вы готовы? (Ученики отвечают - да). В жизни существуют не только герои, но и супергерои. А как называется семья, обладающая большей силой? (Ответ детей: Супер семейка) Вы молодцы. А теперь отгадайте загадку. Что за чудо-агрегат Может делать все подряд -
	Петь, играть, читать, считать, Самым лучшим другом стать? (Ответ учащихся - компьютер) Что за чудо-агрегат Может делать все подряд - Петь, играть, читать, считать, Самым лучшим другом стать? Компьютер Верно. Так вот, существуют компьютеры, а существуют суперкомпьютеры.
Форма организации деятельности учащихся	Отвечают на вопросы учителя.
Функции / роль учителя на данном этапе	Организует обучающую деятельность, координирует взаимодействие учащихся, корректирует действия.
Основные виды деятельности учителя	Организационная работа: настроить учеников на доброжелательное общение.
Этап 2. Работа над новым материалом
Длительность этапа	20 минут
Образовательный результат	Познакомиться подробнее с суперкомпьютером и его особенностями, определениями «алгоритм», «параллельный алгоритм».
Содержание этапа	Многие из вас знают, что это персонажи из известных современных мультфильмов.
	Многие из вас знают, что это персонажи известных современных мультфильмов. Мультфильмы создаются при помощи СУПЕРКОМПЬЮТЕРА Но известно ли вам, что мультфильмы создаются при помощи СУПЕРКОМПЬЮТЕРА? Процесс создания мультфильмов уже давно ушел от обычного рисования и анимирования персонажей. Сейчас анимационный фильм - это результат сложнейших вычислений и компьютерного моделирования, которое прорисовывает мельчайшие детали, которыми будет наслаждаться зритель. Давайте узнаем, что же такое суперкомпьютер? Процесс создания мультфильмов уже давно ушел от обычного рисования и анимации персонажей. Сейчас анимационный фильм - это результат сложнейших вычислений и компьютерного моделирования, в процессе которого прорисовываются мельчайшие детали, которыми будет наслаждаться зритель. Давайте же с вами узнаем подробнее, что такое суперкомпьютер. В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью.
	В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с  огромн ой вычислительной мощн ос тью. Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, создание мультфильмов, прогнозирование погодно- климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т. п.) Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, создание мультфильмов, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т. п.) Особенности суперкомпьютера: · занимают большой зал (примерно 3000 квадратных метров); · весят более 1 тонны (вес жирафа или слона); · потребляют более 1 МВт электроэнергии - как небольшой город; · стоят более 1 миллиона долларов; · недоступны обычному пользователю; · имеют огромное количество процессоров; · обладают гигантским объёмом памяти. Суперкомпьютеры •занимают большой зал •весят более 1 тонны •потребляют более 1 МВт электроэнергии •стоят более 1 миллиона долларов •недоступны обычному пользователю •имеют огромное количество процессоров •обладают гигантским объёмом памяти Первые суперкомпьютеры (модель Cray) стала выпускать компания Cray Research в середине 70-х годов. Их быстродействие составляло порядка нескольких
	десятков или сотен миллионов операций в секунду, что по тем временам воспринималось как чудо. Это стало новой вехой на пути развития вычислительной техники. Первые суперкомпьютеры (модель Cray) стала выпускать компания Cray Research в середине 70-х годов. Их быстродействие составляло порядка нескольких десятков или сотен миллионов операций в секунду, что по тем временам воспринималось как чудо. Это стало новой вехой на пути развития вычислительной техники. Но сейчас обычный смартфон, который есть почти у каждого человека, превосходит по мощности первые суперкомпьютеры! Но сегодня обычный смартфон, который есть практически у каждого человек превосходит по мощности первые суперкомпьютеры! Важно понять, что то, что даже 10 лет назад считалось суперкомпьютером, сегодня под это определение не попадает! Ведь технологии не стоят на месте! Давайте посмотрим, как сейчас выглядят современные суперкомпьютеры:
	Вот так выглядят современные суперкомпьютеры. В суперкомпьютерах используется иной мультипроцессорный (многопроцессорный) принцип обработки информации. В суперкомпьютерах используется иной мультипроцессорный (многопроцессорный) принцип обработки информации. Основная идея создания мультипроцессорной обработки - разделение решаемой задачи на несколько параллельных подзадач или частей. Каждая часть решается на своем процессоре. За счет такого разделения существенно увеличивается производительность. Основная идея создания мультипроцессорной обработки - разделение решаемой задачи на несколько параллельных подзадач или частей. Каждая часть решается на своем процессоре. За счет такого разделения существенно увеличивается производительность. Давайте рассмотрим это на примере.
	Представим себе работу обычного конвейера на сборке, скажем, автомобиля. Технология сборки состоит из выполнения определенных операций рабочим на своем месте. Кто-то прикручивает колеса, кто-то навешивает двери, кто-то устанавливает двигатель и т.д. Чем проще операции, на которые разбит процесс, тем больше надо рабочих мест, тем выше скорость работы и больше объем выпуска продукции. Представим себе работу обычного конвейера на сборке, скажем, автомобиля. Технология сборки состоит из выполнения определенных операций рабочим на своем месте. Кто-то прикручивает колеса, кто-то навешивает двери, кто-то устанавливает двигатель и т.д. Чем проще операции, на которые разбит процесс, тем больше надо рабочих мест, тем выше скорость работы и больше объем выпуска продукции. В самом начале нашего знакомства с суперкомпьютерами мы говорили о том, что с их помощью создаются мультфильмы. Несомненно, это так. Но это лишь одна из огромного количества задач, которые можно выполнить с помощью суперкомпьютера. Итак, посмотрим, для чего же еще их используют! В самом начале нашего знакомства с суперкомпьютерами мы говорили о том, что с их помощью создаются мультфильмы. Несомненно, это так. Но это лишь одна из огромного количества задач, которые можно выполнить с помощью суперкомпьютера. Итак, посмотрим, для чего же еще их используют! Суперкомпьютеры для российской авиации. В ходе Международного авиационно-космического салона объявили о старте совместного проекта создания суперкомпьютера производительностью. В настоящий
	момент в НПО «Сатурн» реализуются несколько крупнейших проектов разработки новых авиадвигателей гражданского и военного назначения. Суперкомпьютер для МСЦ РАН. Осенью прошлого года Межведомственный суперкомпьютерный центр Российской академии наук приступил к построению суперкомпьютера с пиковой производительностью 100 TFLOPS для проведения научных вычислений. Суперкомпьютер для «Формулы-1». Команда «Формулы-1» AT&T Williams использует высокопроизводительный суперкомпьютер, установленный компанией Lenovo на базе команды в Великобритании, для проведения испытаний гоночного болида в аэродинамических трубах. Суперкомпьютер против СПИД. В этом году исследователи из Университета Эдинбурга и научного центра IBM имени Т. Дж. Уотсона объявили о запуске совместного пятилетнего проекта, цель которого - ускорить разработку лекарств, препятствующих распространению вируса иммунодефицита человека Самый мощный действующий суперкомпьютер в России - это суперкомпьютер «Ломоносов». Он располагается в Москве, в МГУ. Самый мощный действующий суперкомпьютер в России - это суперкомпьютер «Ломоносов». Он располагается в Москве, в МГУ.  «Ломоносов» выглядит вот так и занимает целый этаж ВМК МГУ. Он установлен в университете в 2009 году, относится к уникальным системам высшего диапазона производительности. Он занял в июне 2011 года 13-ое место в списке Top500 самых мощных компьютеров мира.
Форма организации деятельности учащихся	Ученики участвуют в беседе, направляемой учителем.
Функции / роль учителя на данном этапе	Учитель поддерживает инициативу и активность учащихся.
Основные виды деятельности учителя	Беседа. Положительный настрой учеников на дальнейшую работу.
Этап 3. Подведение итогов. Домашнее задание.
Длительность этапа	5 минут
Рефлексия по достигнутым либо недостигнутым образовательным результатам	Учитель: Итак, давайте с вами обобщим наши знания. Что же такое суперкомпьютер? (ответ учащихся) Чем отличается обычный компьютер от суперкомпьютера? Как называется суперкомпьютер, установленный в Москве в МГУ? (ответ учащихся) Надеюсь, сегодняшний урок вам понравился, и вы расширили свои знания о суперкомпьютере и о компьютерах в целом. Урок закончен. Спасибо!
Выдача домашнего задания

Урок 2. Тема «Параллельные алгоритмы»

ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Предмет	Информатика	Класс	3
Тема урока	Параллельные алгоритмы
Планируемые образовательные результаты
Предметные	Метапредметные	Личностные
• формирование информационной и алгоритмической культуры; • формирование представления о	• владение общепредметными понятиями «алгоритм», «исполнитель», «параллельный алгоритм»; • владение информационно-	• понимание роли информационных процессов в современном мире; • готовность к повышению своего образовательного уровня и продолжению обучения с
компьютере как универсальном устройстве обработки информации; •развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе; • развитие умений составить и записать алгоритм для конкретного исполнителя.	логическими умениями; • владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений.	использованием средств и методов информатики и ИКТ.
Решаемые учебные проблемы	Познакомиться с понятием «параллельный алгоритм».
Основные понятия, используемые на уроке	Алгоритм, параллельный алгоритм, исполнитель, распараллеливание.
Используемые на уроке средства ИКТ, образовательные интернет-ресурсы	Интерактивная доска, мультимедийная презентация.
Необходимый материал	Листы для решения задач.
Распределение ролей	Учитель рассказывает о параллельных алгоритмах и предлагает решить несколько задач для полного понимания темы. Ученики принимают активное участие в восприятии новой темы и в решении задач.
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УРОКА
Этап 1. Вхождение в тему урока и мотивация учебной деятельности. Мотивация учебной деятельности
Длительность этапа	10 минут
Образовательный результат	Ученики «включаются» в работу, учитель мотивирует учеников на дальнейший интерес к суперкомпьютерным технологиям.
Содержание этапа	Учитель:
	Параллельные алгоритмы Добрый день. Я рада вас приветствовать на нашем уроке. На прошлом уроке мы с вами узнали, что же такое суперкомпьютер и какие задачи он выполняет. Мы говорили с вами, что суперкомпьютер использует параллельные алгоритмы. Сегодня мы с вами более подробно рассмотрим, что же такое параллельный алгоритм, а для этого нам понадобятся ваши знания, внимательность и готовность работать. Надеюсь, все это у вас есть, а, значит, мы можем начинать урок! Итак, начнем мы с вами с вопроса: «Кто умнее - человек или компьютер?» Кто умнее? Ответы учащихся: Человек, потому что он создал компьютер. А если я вас спрошу: «Кто быстрее вычисляет: компьютер или человек? Ответы учеников: Компьютер. Конечно, по скорости вычислений человек не может поспорить с компьютером. А какой орган у человека и какое устройство в компьютере отвечает за вычисления?
	Ответы учеников: Мозг и процессор. Правильно. У человека отвечает за вычисления мозг, а у компьютера процессор. Процессоры 1971 год 2011 год А на этом слайде вы видите самый первый процессор, созданный в 1971 г., и один из современных процессоров. Современные процессоры, в отличие от первых процессоров, многоядерны и имеют большую разрядность, что влияет на увеличение быстродействия Как вы думаете, для чего в современных процессорах несколько ядер? Ответы учеников: Для повышения быстродействия. Правильно. А каким образом все эти ядра работают - совместно или по очереди? Ответы учеников: Совместно. Действительно, все ядра процессора работают совместно, одновременно.
	Выберите синоним Хаотично Параллельно По раздельности Выберите синоним для слова совместно. Ответы учеников: Параллельно. Правильно! Все ядра в компьютере работают параллельно относительно друг друга, т.е. выполняют параллельный алгоритм. Сегодня мы и познакомимся с новым для вас понятием «параллельный алгоритм». Параллельный алгоритм • Определение -? • Как построить? Кто-нибудь из вас может сейчас дать определение «параллельного алгоритма»? Ответы учеников: Никто. А сможете ли вы сейчас построить параллельный алгоритм? Ответы учеников: Нет, не сможем. Но у нас впереди целый урок. Как вы думаете, а к концу урока вы сможете сформулировать определение параллельному алгоритму? Ответы учеников: Да. Значит, как вы думаете, какая цель нашего урока?
	Цель урока Выяснить, какой алгоритм называется параллельным, и научиться его составлять. Ответы учеников: Выяснить, какой алгоритм называется параллельным, и научиться его составлять. Замечательно! Цель ясна!
Форма организации деятельности учащихся	Фронтальная.
Функции / роль учителя на данном этапе	Активизировать деятельность и познавательные интересы учащихся, помочь ученикам найти цель и задачи на данный урок.
Основные виды деятельности учителя	Организационная работа: настроить учеников на доброжелательное общение.
Этап 2. Систематизация знаний
Длительность этапа	20 минут
Образовательный результат	Познакомиться с определением «параллельный алгоритм» и его особенностями, умение решать простейшие задачи с на параллельные алгоритмы.
Содержание этапа	Повторение ранее изученного материала Сегодня вы будете работать в парах, назовем ваши пары командами. Но сначала проверим, насколько хорошо вы готовы к новым понятиям. Итак, первое задание для команд - данные словосочетания расставить в правильном порядке и получить определение алгоритма.
	Расставь в правильном порядке • Алгоритм - • для достижения • набор инструкций, описывающих • за конечное число действий. • Последовательность действий • результата решения задачи Алгоритм - набор инструкций, описывающих последовательность действий для достижения результата решения задачи за конечное число действий. Ответы учеников: Алгоритм - набор инструкций, описывающих последовательность действий для достижения результата решения задачи за конечное число действий. Кто же выполняет алгоритм? Ответы учеников: Исполнитель. Замечательно! Первый шаг к достижению цели мы с вами уже сделали.
Форма организации деятельности учащихся	Ученики работают совместно с учителем путем беседы, групповая работа
Функции / роль учителя на данном этапе	Учитель поддерживает инициативу и активность учащихся.
Этап 3. Работа над новым материалом. Работа в группах.
Длительность этапа	15 минут
Образовательный результат	Ученики учатся решать задачи алгебраическим способом и при помощи распараллеливания
Содержание этапа	Учитель:
	Задача №1  Вас я, П ет я и Саша ходят в городской спортивный центр на баскетбол, а Кос т я и Юрий на волейбол. Когда баскетболисты уже шли с занятий, волейболисты лишь спешили на свою тренировку. В сквере перед спортивным центром их п ути п ерес екли с ь, и ребята решили поздороваться, пожав друг другу руки. Поскольку у волейболистов оставалось совсем немного времени до начала тренировки, процесс приветствия постарались сделать максимально быстрым. Известно, что на одно рукопожатие уходит т ри секунд ы. Сколько всего было рукопожатий? Определите, за сколько секунд всем ребятам удалось пожать друг другу руки. Задача. Вася, Петя и Саша ходят в городской спортивный центр на баскетбол, а Костя и Юрий на волейбол. Когда баскетболисты уже шли с занятий, волейболисты лишь спешили на свою тренировку. В сквере перед спортивным центром их пути пересеклись, и ребята решили поздороваться, пожав друг другу руки. Поскольку у волейболистов оставалось совсем немного времени до начала тренировки, процесс приветствия постарались сделать максимально быстрым. Известно, что на одно рукопожатие уходит три секунды. Сколько всего было рукопожатий? Определите, за сколько секунд всем ребятам удалось пожать друг другу руки. Решение задачи самостоятельно в группах. Разбор задачи (одна группа у доски): 2*3=6 рукопожатий (всего 5 детей) 6 *3 = 18 секунд (3 секунды на одно рукопожатие) А давайте инсценируем эту ситуацию. Выбирается 5 мальчиков, даются имена из задачи Вася - Костя Саша- Костя Вася - Юра Саша - Юра Петя - Костя Петя - Юра Давайте подумаем, ведь можно поздороваться так, чтобы это заняло меньше времени. В одно время может здороваться несколько детей, параллельно: Вася - Костя и в это время Саша - Юра Вася - Сережа и в это время Петя - Костя Петя - Сережа и в это время Саша - Костя 3*3 = 9 секунд! Молодцы! Видите, если дети будут параллельно здороваться между собой, то это займет в два раза меньше времени. Попробуйте решить следующую задачу также по
	группам. Задача №2 Решили Катя, Алёна и Маша организовать производство деревянных дверных ручек.  Р аспредели ли обязанности: Катя делает заготовки, Алёна вытачивает из них ручки, а Маша покрывает их лаком. Чтобы выполнить свою часть работы для каждой ручки у каждого уходит по 20 минут (таким образом, одну ручку они могут изготовить за 60  минут). Какое минимальное время понадобится девочкам для изготовления 10 ручек? Задача. Решили Катя, Алёна и Маша организовать производство деревянных дверных ручек. Распределили обязанности: Катя делает заготовки, Алёна вытачивает из них ручки, а Маша покрывает их лаком. Чтобы выполнить свою часть работы для каждой ручки у каждого уходит по 20 минут (таким образом, одну ручку они могут изготовить за 60 минут). Какое минимальное время понадобится девочкам для изготовления 10 ручек? Разбор задачи: 60 минут на одну ручка, всего ручек 10, соответственно: 10*60 =600 минут Давайте снова попробуем инсценировать данную задачу. Мне будут нужны 3 девочки. Давайте внимательно прочитаем задачу еще раз. Катя - Алёна - Маша Катя не будет ждать, пока Алёна будет вытачивать ручку, она уже будет делать следующую заготовку. Таким образом, у нас получается конвейер, ведь все работают в одно время, у каждого есть своя задача. Получается, что когда Маша будет покрывать лаком первую заготовку, Алёна будет вытачивать уже вторую ручку, а Катя делать заготовку третьей ручки. Давайте посчитаем, сколько времени это займет теперь: 60 минут + 9 ручек * 20 минут = 240 минут Обратите внимание, как мы снова сократили время (было 600 минут - сало 240 минут). Итак, то мы с вами делали называется распараллеливание. Распараллелить алгоритм - разбить его на несколько частей для одновременного выполнения несколькими исполнителями.
Форма организации	Групповая.
деятельности учащихся
Функции / роль учителя на данном этапе	Познакомить детей с примерами параллельного алгоритма.
Основные виды деятельности учителя	Организационная работа: настроить учеников на правильное решение задач.
Этап 4. Обобщение и закрепление знаний
Длительность этапа	5-7 минут
Образовательный результат	Достигнуть цели, поставленной учащимися на урок.
Содержание этапа	Учитель: Скажите, пожалуйста, а зачем нам нужны были эти задачи? В чем их смысл? Какая связь между нашими задачами и компьютером? Связь? Ответы учеников: В задачах каждый человек выполнял свой алгоритм действий, и в все они работали параллельно. В результате затрачивалось меньше времени. Хорошо. По-моему, вы готовы к тому, чтобы самостоятельно дать определение «параллельного алгоритма». Для этого вернемся к определению, который вы дали в начале урока.
	Алгоритм - набор инструкций, описывающих последовательность действий для достижения результата решения задачи за конечное число действий. Последнее задание для команд - попробуйте изменить определение алгоритма. Параллельный алгоритм - набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителей для достижения совместного результата решения задачи за конечное число действий. Параллельный алгоритм - набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителей для достижения совместного результата решения задачи за конечное число действий. Итак, цель, к которой мы стремились на протяжении всего урока, нами достигнута.
Форма организации деятельности учащихся	Групповая
Функции / роль учителя на данном этапе	Направить детей на достижение цели урока.
Этап 3. Подведение итогов. Домашнее задание.
Длительность этапа	5 минут
Рефлексия по достигнутым либо	Учитель: Скажите, пожалуйста, а в жизни можно встретить такие ситуации, когда люди выполняют параллельный алгоритм?
недостигнутым образовательным результатам	Приведите примеры. Ответы учеников: Да, конечно, когда есть совместная деятельность. (Далее ученики приводят пример из бытовой жизни) А сегодня ваша работа в командах каким образом проходила? Вы работали параллельно? Ответы учеников: В каждой команде ученики работали параллельно. Значит, мы были параллельными исполнителями. А результат вашей совместной параллельной работы? (Ответы учеников) Действительно, вы сегодня играли роль параллельных исполнителей, и от того, как слаженно вы работали в своей паре, зависел ваш сегодняшний успех. Так же и в жизни - насколько слаженно работают люди при совместной деятельности, как правильно они распределяют этапы работы, учитывая критический путь, и выбирают количество исполнителей, - зависит успех их совместной деятельности. Вы молодцы! Урок окончен Урок закончен. Спасибо!
Выдача домашнего задания	Нет

2.2   Анализ проведенных уроков по темам «Суперкомпьютеры» и «Параллельный алгоритм»

Уроки по темам «Суперкомпьютеры» и «Параллельный алгоритм» были проведены в группе продленного дня, после основных уроков; на момент урока в классе было 9 человек. Поставленные цели и задачи на уроке были полностью выполнены. Временные рамки урока были соблюдены. Структурные элементы были взаимосвязаны.

Для активизации учебной деятельности применялись дополнительные средства: карточки с заданиями и мультимедийная презентация.

Рассмотрение нового материала проходило в соответствии с заранее написанным планом.

До проведенных уроков никто из учеников не имел представления о параллельном алгоритме и алгоритме в целом. В связи с этим первый урок построен в более простой форме, чтобы ученики смогли понять суть суперкомпьютера и параллельных алгоритмов.

На втором уроке была изучена тема «Параллельные алгоритмы», где были представлены несколько задач для самостоятельного решения по группам.

Первоначально, ни одна из трех групп не решила задачу правильно, но после разбора задачи и ее инсценировки ситуация улучшилась.

Каждый урок длился 30 минут. Учебное время использовалось эффективно, запланированные объем работы был выполнен. Дети усвоили тему «Суперкомпьютеры» и «Параллельные алгоритмы». Многие дети после уроков заинтересовались данной темой и уроком информатики в целом. Доброжелательная обстановка, позитивный настрой и использование современных методов помогли каждому ребенку продвинуться в своем индивидуальном развитии.

В заключение ученикам была предложена анкета.

1.     Понравились ли тебе уроки информатики? Подчеркни ответ.

ДА НЕТ

2.     Какой урок тебе запомнился больше? Подчеркни ответ и расскажи почему.

Первый урок Второй урок Почему?

3.     Расставь устройства по мощности от меньшего к большему.

А) Компьютер Б)Суперкомпьютер В)Мобильный телефон Ответ:

4.     Что можно сделать при помощи суперкомпьютера? Обведи правильные варианты ответа.

А) Создавать мультфильмы Б) Сидеть в интернете

В) Напечатать текст в Word Г) Создавать 3Dмодели

Д) Создавать презентации

Вспомни, что еще можно делать с помощью суперкомпьютера

5.     Хотел бы ты увидеть настоящий суперкомпьютер? Подчеркни ответ.

ДА НЕТ

6.     Прочитай на задачи. Напиши, в какой задаче представлен последовательный, а в какой параллельный алгоритм.

Лодочнику нужно перевезти через реку лису Алису, верблюда Жеваку и цыпленка Цыпу. Но лодка такова, что в ней может поместиться лодочник, а с ним или только верблюд Жевака, или только лиса Алиса, или только цыпленок Цыпа. Если оставить на берегу лису с цыпленком, то лиса съест цыпленка. Как лодочнику перевезти всех на другой берег реки?

Три сестры Анна, Ева и Лиза одинаково быстро и хорошо умеют навести порядок в квартире. Если любые две из этих девочек будут работать вместе, то справятся с уборкой за час. Сколько времени они потратят на уборку, если будут работать все трое вместе

Анализ результатов ответ учеников на вопросы анкеты подтвердил, что они заинтересовались новой тематикой, поняли сущность параллельных и последовательных алгоритмов, узнали, для чего предназначен суперкомпьютер.

Выводы по главе 2

Идея знакомства учеников начальных классов с начальными представлениями о суперкомпьютерных технологиях возникла после посещения суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова. Сильное впечатление произвели слова крупнейшего отечественного специалиста в области параллельных вычислений В.В. Воеводина о том, что «освоение вычислительной техники параллельной архитектуры молодыми специалистами идет с большими трудностями. Поэтому очень важно, чтобы обучающийся как можно раньше узнал, что существуют другие способы организации вычислительных процессов, а не только последовательное выполнение «операция за операцией», что на этих других способах строится самая мощная современная вычислительная техника, что только на такой технике удается решать крупные промышленные и научные задачи».

Были разработаны сценарии уроков, вводящие учеников начальной школы в суперкомпьютерный мир:

1) урок по теме «Суперкомпьютер»;

2)       урок по теме «Параллельный алгоритм».

Школьники были заинтересованы новой для них тематикой. Они с принимали активное участие в беседе, выполняли занятия по группам, участвовали в инсценировке. Ребята четко осознавали, что полученные знания они смогут применить в жизни и на уроках информатики в средней и старшей школе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важнейшими целями изучения информатики и информационных технологий в начальной школе являются: приобретение учащимися информационной и коммуникационной компетентности; формирование алгоритмического стиля мышления. Эти цели достигаться как в рамках изучения математики и работами со средствами ИКТ на всех уроках, так и при овладении специально предусмотренным учебным планом школы курсом информатики (содержательные линии «Компьютер» и «Алгоритмизация»).

При рассмотрении существующих подходов к изучению тем

«Компьютер» и «Алгоритмы» на основе наиболее популярных УМК по информатике для начальной школы (УМК М.А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой и УМК А.В. Горячева) было установлено, что содержание этой темы достаточно традиционно; оно так или иначе представлено в каждом УМК. Вместе с тем, нет ни одного УМК, где бы шла речь о разнообразии современной компьютерной техники, в том числе о многопроцессорных устройствах и суперкомпьютерах.

При рассмотрении представления темы «Алгоритмы» в УМК тех же авторских коллективов установлено, что наиболее полно она раскрыта в УМК А.В. Горячева. Вместе с тем, нет ни одного УМК, где бы школьники при изучении темы «Алгоритмы» знакомились бы с параллельными алгоритмами.

Такая ситуация не отражает требования современности, когда компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач, создаются суперкомпьютеры, главное место в которых занимает принцип параллельной обработки данных, воплощающий идею одновременного и параллельного выполнения нескольких действий.

Задача начальной школы - показать, что мы живем в мире алгоритмов, причем не только последовательных, но и параллельных. Первый опыт знакомства младших школьников представлен в книге «Алгоритмика», изданной в конце прошлого века. В настоящее время накоплен определенный опыт учителей-практиков по включению элементов суперкомпьютерных технологий в начальный курс информатики. Тематика, связанная с пропедевтикой параллельных алгоритмов, интересует не только отечественных, но и зарубежных специалистов.

Учитывая актуальность тематики, были разработаны сценарии уроков, вводящие учеников начальной школы в суперкомпьютерный мир:

3) урок по теме «Суперкомпьютер»;

4)       урок по теме «Параллельный алгоритм».

Школьники были заинтересованы новой для них тематикой. Они с принимали активное участие в беседе, выполняли занятия по группам, участвовали в инсценировке. Ребята четко осознавали, что полученные знания они смогут применить в жизни и на уроках информатики в средней и старшей школе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Аверкин Ю.А. Информатика 2-4 классы Методическое пособие М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2016. - 40 с.

2.       Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). - М.: Московский психолого- социальный институт; Воронеж: МОДЭК, 2002. - 352 с.

3.       Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: ВГУ, 1977. - 304 с.

4.   Босова Л. Л., Босова А. Ю. Уроки информатики // Информатика в школе. 2015. №9 (112). С.3-35.

5.   Босова Л.Л. Параллельные алгоритмы в начальной и основной школе // Информатика в школе. 2015. №2 (105). С.24-27.

6.   Воеводин В.В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления СПб.: БХВ- Петербург. - 2004. - 456 с.

7.   Гаврилова И.В. Первое путешествие в "Параллельный мир" // Информатика в школе. 2015. №6 (109). С.19-18.

8.   Гаврилова И.В., Руденко М.Н. Информатика и английский язык. changing times, changing styles, changing technologies // Информатика в школе. 2015.

9.       Гейн А.Г., Юнерман Н.А. Информатика, 10-11: Книга для учителя. - М.: Просвещение, 2001. - 207 с.

10 .Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений Интернет- университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний - 2007. - 326 с.

11      .Гин А.А. Приемы педагогической техники: свобода выбора. Открытость. Деятельность. Обратная связь. Идеальность: Пособие для учителя. - 3-е изд.- М.: Вита-Пресс, 2001. - 88 с.

12      .Еремин Е.А. Как наглядно продемонстрировать школьникам преимущества многопроцессорных систем // Информатика в школе. 2015. №9 (112). С.32- 36.

13 .Жирков А. Суперкомпьютеры: развитие, тенденции, применение // Современные технологии автоматизации. 2014. №2 - С. 16-21.

14 .Завельский Ю.В. Как подготовить современный урок // Завуч. - 2000..

15 .Информатики в играх и задачах для 2, 3 и 4 кл.: Методические рекомендации для учителя/А. В. Горячев, Т. О. Волкова, К. И. Горина и др.- М.: Баласс, 2011г.- М, ООО “Баласс”, 2010 г.

16. Киселева Е.Ю. Потенциал суперкомпьютерной тематики в проектно- исследовательской деятельности учащихся // Информатика в школе. 2015.№2 (105). С.20-23.

17 .Лапчик М.П. и др. Методика преподавания информатики. - М.: Академия, 2001. - 624 с.

18      .Лизинский В.М. О методической работе в школе. - М.: Педагогический Поиск. - 2004. - 160 с.

19. Логинов А.В. Исторические предпосылки и перспективы суперкомпьютерного образования в школьном курсе информатики // Информатика в школе. 2015. №2 (105). С.17-19.

20 .Нестандартные уроки информатики /Сост. О.К. Мясникова. - Мурманск: ГЦМИТ, 1999. - 75 с.

21      .О преподавании курса информатики в общеобразовательной школе в 2000/2001 гг. // Информатика и образование. - 2000. - № 5. - С. 8-10.

22      .Об экспериментальном преподавании курса информатики и информационных технологий в 2001/2002 учебном году / Информатика и образование. - 2001. - № 6. - С. 2-15.

23      .Орлов С. А., Технологии разработки программного обеспечения: Разработка сложных программных систем, уч. пособие. - СПб.: Питер.- 2002. - 528с.

24      .Плаксин М.А. Информатика программа для начальной школы 3-4 классы.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний.-2012.-108с.

25      .Плаксин М.А. Комплект деловых игр для начального знакомства с параллельными вычислениями// Информатика в школе. 2016. №5 (118). С. 6-16.

26      .Полежаева О.А. Информатика. УМК для начальной школы: 2-4 классы. Методическое пособие для учителя.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний.- 2012. - 136 с.

27      .Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. - М.: Народное образование, 1998. - 256 с.

28      .Семакин И.Г. Научно-методические основы построения базового курса информатики: Ав- тореф. дисс… докт. пед. наук. - Омск, 2002. - 42 с.

29 .Шень А.Х.,Семенов А.Л., Ландо С.К., Звонкин А.К. Алгоритмика: учебное пособие - М.: Институт новых технологий образования, 1994.