МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Министерство образования и науки Хабаровского края
Муниципальное образование городской округ город Комсомольск-на-Амуре
Хабаровского края (функции и полномочия учредителя осуществляются
Управлением образования администрации города Комсомольска-на-Амуре
Хабаровского края
МБОУ лицей № 1
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
элективного курса «Информационные системы и модели»
для обучающихся 10-11 классов
г. Комсомольск-на-Амуре
2023
Программа элективного курса
«Информационные системы и модели»
10-11 классы
И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер
Пояснительная записка
Учебный курс «Информационные системы и модели» предназначен для изучения в
старших классах профильной школы. Курс является элективным, ориентированным на изучение в
классах физико-математического и информационно-технологического профилей.
Курс «Информационные системы и модели» является преемственным по отношению к
базовому курсу информатики и ИКТ, обеспечивающему требования образовательного стандарта
для основной школы. При планировании и создании курса авторы учитывают, что раздел
«Информационные системы и модели» становится одним из ведущих в изучении информатики на
старшей ступени школы.
В ходе изучения курса будут расширены знания учащихся в тех предметных областях, на
которых базируется изучаемые системы и модели, что позволяет максимально реализовать
межпредметные связи, послужит средством профессиональной ориентации и будет служить целям
профилизации обучения на старшей ступени школы.
Изучение курса обеспечивается учебно-методическим комплектом [1-3], включающим в
себя учебное пособие для учащихся, компьютерный практикум и методическое пособие для
учителя.
Содержание обучения
Среди многочисленных приложений современной информатики и информационных
технологий в данном учебном курсе выделяются два:
информационные системы;
компьютерное математическое моделирование.
Поэтому курс состоит из двух частей, соответствующих двум главам учебника.
Часть 1. Моделирование и разработка информационных систем.
Данный раздел курса углубляет содержательные линии моделирования и информационных
технологий в школьной информатике. База данных — ядро любой информационной системы —
рассматривается в качестве информационной модели соответствующей предметной области.
Содержание обучения отталкивается от проблем, которые требуется решить.
Первая проблема — адекватное информационное отражение в базе данных реальной
системы. В связи с этим рассматриваются основные этапы проектирования базы данных:
системный анализ предметной области, построение инфологической модели, ее реализация в виде
модели данных реляционного типа.
Вторая проблема — создание приложений, которые в совокупности с базой данных
составляют информационно-справочную систему. Здесь внимание уделяется анализу
потребностей пользователя, созданию гибкой и полной системы приложений (запросов, форм,
отчетов), организации дружественного пользовательского интерфейса.
В конце раздела осваиваются элементы программирования приложений на языке Visual
Basic for Application (VBA).
Часть 2. Компьютерное математическое моделирование.
Данный раздел также углубляет содержательную линию моделирования в курсе
информатики. В нем изучается математическое моделирование в его компьютерной реализации
при максимальном использовании межпредметных связей информатики и универсальной
методологии
моделирования.
Овладение
основами
компьютерного
математического
моделирования позволит учащимся углубить научное мировоззрение, развить творческие способности, а также поможет в выборе будущей профессии. Данный раздел является преемственным
по отношению к первому разделу, в котором речь также идет об информационном моделировании,
но с позиций представления информации, в то время как второй раздел посвящен в основном ее
математической обработке.
В ходе изучения раздела будут расширены математические знания и навыки учащихся. В
частности, будут рассмотрены некоторые задачи оптимизации, элементы математической статистики и моделирования случайных процессов.
Формы организации занятий — сочетание лекционных занятий с выполнением
лабораторных работ по созданию баз данных, приложений, реализации компьютерных
математических моделей. Используется метод проектов, позволяющий в максимальной мере
развить навыки самостоятельной и исследовательской работы. Рекомендуется использовать
написание рефератов по современным методам и средствам разработки информационных систем,
по моделированию в наиболее актуальных разделах науки, по которым проведение практических
занятий нецелесообразно на данном этапе обучения.
На лекционных и практических занятиях используется как объяснительно-иллюстративный
и репродуктивный, так и частично-поисковый методы (в зависимости от учебного материала). При
самостоятельном решении задач на лабораторных работах в основном используется поисковый
метод. В процессе выполнения практических заданий по обоим разделам курса учащиеся разовьют
навыки работы с современными средствами информационных технологий: табличным
процессором, реляционной СУБД, математическим пакетом MathCAD, познакомятся с
элементами офисного программирования.
Составной частью курса является подготовка реферата по одной из проблем, затронутых в
курсе, а также выполнение и защита проекта. При подборе материалов для реферата учащимся
рекомендуется использование ресурсов Интернет, для его оформления потребуется работа с
текстовым процессором Word и иными средствами пакета MS Office. Защиту проекта рекомендуется проводить с использованием презентации, созданной средствами Power Point;.
Тематическое и поурочное планирование курса
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН РАЗДЕЛА
«МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ» (35 ч)
Информационные системы и системология (9 ч)
Понятие информационной системы; этапы разработки информационных систем. Основные
понятия системологии: система, структура. Модели систем: модель черного ящика, модель
состава, структурная модель. Графы, сети, деревья. Информационно-логическая модель
предметной области.
Реляционная модель данных и реляционная база данных (14ч)
Проектирование многотабличной базы данных. Понятие о нормализации данных. Типы
связей между таблицами. Создание базы данных в среде реляционной СУБД (MS ACCESS). Реализация приложений: запросы, отчеты.
Базы данных на электронных таблицах (6 ч)
Создание базы данных (списка) в среде табличного процессора (MS EXCEL).
Использование формы для ввода и просмотра списка, для выборки данных по критериям.
Сортировка данных по одному или нескольким полям. Фильтрация данных. Сводные таблицы.
Программирование приложений (5 ч)
Макросы: назначение, способы создания и использования. Структура программы на VBA.
Объекты VBA для MS EXCEL. Разработка пользовательского интерфейса: диалоговые окна. Введение в программирование на VBA.
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ
По окончании изучения данного раздела курса учащиеся должны
знать:
назначение и состав информационных систем;
этапы создания компьютерной информационной системы;
основные понятия системологии: система, структура, системный эффект;
в чем состоит задача системного анализа;
существующие разновидности моделей систем;
что такое графы;
какие системы называются иерархическими;
основные свойства дерева — структурной модели иерархической системы;
что такое инфологическая модель предметной области;
что такое база данных (БД); классификация БД;
структуру реляционной базы данных (РБД);
что такое избыточность и противоречивость данных;
с какой целью производится нормализация модели данных;
в чем заключаются требования первой, второй и третьей нормальной формы;
что такое СУБД;
способ описания данных в СУБД с помощью конструктора;
как организуются связи в многотабличной базе данных;
что такое глобальная схема данных;
чем отличается подсхема от глобальной схемы;
какие существуют типы запросов к БД;
какова структура команды запроса на выборку;
способы сортировки данных;
что такое вычисляемые поля в БД; как они используются в запросах;
что такое итоговый запрос, как он создается;
какими возможностями для работы с базами данных обладает MS EXCEL;
как оформляется список данных;
как с помощью формы производится поиск и сортировка данных в списке;
что такое фильтрация данных; какими способами она производится;
что такое сводная таблица;
что такое макрос;
как можно создать и выполнить макрос в среде MS EXCEL;
что такое объектно-ориентированное приложение;
что такое «объект»; чем характеризуются объекты;
что такое класс объектов;
какие основные объекты используются в программах на УВА для MS EXCEL;
какую структуру имеет программа на УВА;
какие основные виды инструкций используются в языке УВА;
какими средствами в VBA создаются диалоговые окна;
что такое элементы управления;
как можно установить реакцию на события для элементов управления;
уметь:
осуществлять анализ систем с целью построения моделей разных типов;
строить граф-модели систем с иерархической и сетевой структурой;
проектировать несложную информационно-справочную систему;
проектировать многотабличную базу данных;
ориентироваться в среде СУБД MS ACCESS;
создавать структуру базы данных и заполнять ее данными;
осуществлять в MS ACCESS запросы на выборку с использованием конструктора запросов;
работать с формами;
осуществлять запросы с получением итоговых данных;
получать отчеты;
организовывать однотабличные базы данных (списки) в MS EXCEL;
осуществлять выборку и сортировку данных в списках;
осуществлять фильтрацию данных;
создавать сводные таблицы;
записывать макросы для MS EXCEL с помощью макрореко-дера;
просматривать макро-программу на VBA в окне редактора;
осуществлять несложное редактирование программы макроса;
создавать диалоговые окна с элементами управления
пользовательских форм;
писать несложные программы обработки событий на VBA.
путем
использования
ПОУРОЧНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ИЗУЧЕНИЯ РАЗДЕЛА
«МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ» (35 Ч)
№
Тема урока
Виды учебной деятельности
урока
1
Введение. Понятие информационной системы. Лекция.
Этапы разработки информационных систем
Распределение тем рефератов по разделу
1.2
2
Основы системологии: понятия системы,
Лекция. Теоретическое решение задач
структуры, системный эффект
7
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 1
Лекция.
Завершение выполнения лабораторной
работы № 1
Иерархические структуры и деревья
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 2
Построение структурной модели системы
Завершение выполнения лабораторной
работы № 2
Практикум на построение семантической сети Выполнение лабораторной работы № 3
8
Инфологическая модель предметной области
9
10
Итоговое занятие
Понятие базы данных и СУБД
11
Нормализация данных
12
13
СУБД MS ACCESS
Создание базы данных
14
Запросы на выборку. Использование
конструктора запросов
Практикум на работу с запросами
3
4
5
6
15
16
17
18
19
20
21
Модели систем: модель черного ящика; модель
состава системы
Модели систем: структурная модель. Графы
(сети)
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 4
Защита рефератов
Лекция.
Распределение тем рефератов по разделу
1.2
Лекция. Решение задач
Выполнение лабораторной работы № 1
Лекция.
Выполнение лабораторной работы № 2,
задание 1
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 2, задание 2
Выполнение лабораторной работы № 3
Логические выражения. Сложные запросы на
выборку.
Практикум на реализацию сложных запросов
Лекция. Решение теоретических задач
Глобальная модель данных информационной
системы
Подсхемы и приложения
Лекция. Теоретическое решение задач
Практикум по разработке индивидуального
проекта
Итоговые запросы и отчеты
Выполнение лабораторной работы № 4
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 5
Лабораторная работа № в
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 7. Задание 1
22
23
24
25
26
27
28
29
Практикум по разработке индивидуального
проекта
Итоговое занятие
Выполнение лабораторной работы № 7.
Задание 2
Защита проектов и рефератов
Электронные таблицы. MS EXCEL
(повторение)
Вазы данных (списки) в MS EXCEL. Правила
создания
Лекция. Решение задач
Лекция.
Выполнение лабораторной работы № 1.
Задание!
Манипулирование данными в списках:
Лекция.
выборка и сортировка
Выполнение лабораторной работы № 1.
Задания 2, 3
Практикум по манипулированию данными в
Выполнение лабораторной работы № 2.
списках
Задания 1, 2
Сводные таблицы
Лекция. Выполнение лабораторной
работы № 2. Задание 3
Практикум по работе со сводными таблицами Выполнение лабораторной работы № 3
34
Лекция.
Выполнение лабораторной работы № 1.
Задание 1
Структура программы на VBA. Объекты VBA. Лекция.
Свойства, методы, события
Выполнение лабораторной работы № 1.
Задание 2
Создание диалогового окна (пользовательской Выполнение лабораторной работы № 2,
формы)
задание 1
Программирование на VBA
Лекция.
Выполнение лабораторной работы № 2,
задание 2
Программирование на VBA
Выполнение лабораторной работы № 3
35
Итоговое занятие
30
31
32
33
Понятие о макросе. Программная реализация
макроса на УВА
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН РАЗДЕЛА
«КОМПЬЮТЕРНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ» (35 Ч)
Введение в технологию компьютерного математического моделирования (3 ч)
Основные понятия и принципы моделирования. Моделирование и компьютеры.
Разновидности математических моделей. Компьютерное математическое моделирование, его
этапы.
Инструментарий компьютерного математического моделирования (6 ч)
Табличные процессоры и электронные таблицы. Табличный процессор MS EXCEL,
основные сведения. Построение графиков зависимостей между величинами в ТП EXCEL. Система
математических расчетов MathCAD. Примеры использования MathCAD. Моделирование
процессов оптимального планирования (20 ч) Постановка задач оптимального планирования.
Линейное программирование — введение. Общая формулировка и существование решения задач
линейного программирования. Симплекс-метод. Алгоритмическая реализация симплекс-метода.
Понятие о нелинейном программировании. Использование средства «Поиск решения» табличного
процессора Excel для решения задач линейного и нелинейного программирования. Решение задач
оптимизации с помощью пакета MathCAD. Программная реализация симплекс-метода в VBA;
сопоставление с Turbo-Pascal. Динамическое программирование. Алгоритмическая реализация
метода
динамического
программирования.
Реализация
алгоритма
динамического
программирования в VBA. Понятие о моделях многокритериальной оптимизации.
Компьютерное имитационное моделирование (6 ч)
Принципы имитационного моделирования. Введение в математический аппарат
имитационного моделирования. Случайные числа и их распределения. Пример моделирования
системы массового обслуживания с помощью VBA.
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ
По окончании изучения данного раздела курса учащиеся должны
знать:
содержание понятий «модель», «информационная модель»» «компьютерная
математическая модель»;
виды абстрактных (информационных) моделей;
этапы компьютерного математического моделирования их содержание;
цели математического моделирования;
требования, предъявляемые к компьютерным математическим моделям;
возможные подходы к классификации математических моделей;
отличие натурного (лабораторного) эксперимента от компьютерного (численного);
состав инструментария компьютерного математического моделирования;
возможности табличного процессора Excel в реализации математического
моделирования;
графические возможности ТП Excel;
возможности системы MathCAD в реализации компьютерных математических
моделей;
математические формулировки изученных моделей;
специфику компьютерного математического моделирования в экономическом
планировании; примеры содержательных задач из области экономического
планирования, решаемых методом компьютерного моделирования;
постановку задач, решаемых методом линейного программирования;
постановку задач, решаемых методом динамического программирования;
основные понятия теории вероятности, необходимые для реализации имитационного
моделирования: случайная величина, закон распределения случайной величины,
плотность вероятности распределения, достоверность результата статистического
исследования;
способы получения последовательностей случайных чисел с заданным законом
распределения;
постановку задач, решаемых методом имитационного моделирования в теории
массового обслуживания;
уметь:
приводить примеры, иллюстрирующие понятия «модель», «информационная
модель», «компьютерная математическая модель»;
приводить примеры содержательных задач, при решении которых применяются
компьютерные математические модели, и при этом преследуются разные цели
моделирования;
применять схему компьютерного эксперимента при решении содержательных задач,
где возникает потребность в компьютерном математическом моделировании;
приводить примеры задач разных классов при классификации моделей по целям
моделирования;
отбирать факторы, влияющие на поведение изучаемой системы, выполнять
ранжирование этих факторов;
строить модели изучаемых процессов;
выбирать программные средства для исследования построенных моделей;
подбирать наборы тестовых данных для анализа правильности разработанных
программ;
анализировать полученные результаты и исследовать математическую модель при
различных наборах параметров, в том числе граничных или критических;
использовать простые оптимизационные экономические модели;
строить простейшие модели систем массового обслуживания и интерпретировать
полученные результаты.
реализовывать простые математические модели на ЭВМ, создавая алгоритмы и
программы на языке Visual Basic;
пользоваться возможностями ТП Excel для проведения несложных математических
расчетов и иллюстрирования результатов математического моделирования
графиками и столбчатыми диаграммами;
пользоваться средством «Поиск решения» ТП Excel для решения задач линейного и
нелинейного программирования;
пользоваться системой MathCAD для проведения несложных математических
расчетов, графического иллюстрирования результатов моделирования;
пользоваться системой MathCAD для решения задач линейной и нелинейной
оптимизации.
ПОУРОЧНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ИЗУЧЕНИЯ РАЗДЕЛА
«КОМПЬЮТЕРНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ» (36 ч)
№
урок Тема урока
а
1
Основные понятия и принципы
моделирования. Моделирование и
компьютеры
2
Компьютерное математическое
моделирование, его этапы
3
Введение в моделирование
4
Инструментарий компьютерного
математического моделирования.
Решение математических задач с
помощью ТП Excel
5
Решение математических задач с
помощью ТП Excel
Виды учебной деятельности
Лекция.
Распределение тем рефератов по разделу
«Введение в моделирование»
Лекция
Защита рефератов
Лекцияi.
Распределение тем рефератов по разделу
«Инструментарий компьютерного математического
моделирования»
Практическое занятие. Начало выполнения
лабораторной работы № 1
6
Построение графиков зависимостей
между величинами в ТП Excel
7
Система математических расчетов
MathCAD
Система математических расчетов
MathCAD
Инструментарий компьютерного
математического моделирования
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Лекция.
Продолжение выполнения лабораторной работы №
1
Лекция.
Завершение выполнения лабораторной работы № 1
Защита рефератов
Постановка задач оптимального
планирования. Линейное
программирование — введение
Общая формулировка и существование
решения задач линейного
программирования
Геометрическое решение задач
линейного программирования
Лекция.
Распределение тем рефератов по разделу
«Оптимальное планирование»
Лекция
Симплекс-метод
Симплекс-метод
Алгоритмическая реализация симплексметода
Алгоритмическая реализация симплексметода
Алгоритмическая реализация симплексметода
Понятие о нелинейном программировании
Оптимальное планирование
Использование средства «Поиск
решения» табличного процессора Excel
для решения задач линейного и
нелинейного программирования
Использование средства «Поиск
решения» табличного процессора Excel
для решения задач линейного и
нелинейного программирования
Использование системы MathCAD для
решения задач линейного и
нелинейного программирования
Программная реализация симплексметода в УВА
Решение задач линейного
программирования в VBA
Динамическое программирование
Алгоритмическая реализация метода
динамического программирования
Лекция
Решение задач (в «бескомпьютерном» варианте)
Лекция
Решение задач динамического
программирования
Реализация алгоритма динамического
Начало выполнения лабораторной работы № 2
(задание 1)
Практическое занятие (разбор и трассировка
алгоритма симплекс-метода)
Продолжение выполнения лабораторной работы
№ 2 (задание 2)
Лекция
Защита рефератов
Лекция
Продолжение выполнения лабораторной работы №
2 (задание 3)
Продолжение выполнения лабораторной работы №
2 (задание 4)
Лекция.
Практическое занятие по трассировке алгоритма
Завершение выполнения лабораторной работы № 2
(задание 4)
Лекция
Лекция.
Практическое занятие (разбор и трассировка
алгоритма)
Начало выполнения лабораторной работы № 3
(задание 1)
Лекция.
29
30
31
32
33
34
35
программирования в VBA. Решение
задач динамического
программирования
Понятие о моделях многокритериальной оптимизации
Принципы имитационного
моделирования. Введение в
математический аппарат имитационного моделирования
Введение в математический аппарат
имитационного моделирования.
Случайные числа и их распределение
Пример моделирования системы
массового обслуживания с помощью
VBA
Моделирование системы массового
обслуживания с помощью VBA
Моделирование системы массового
обслуживания с помощью VBA
Зачетное занятие
Завершение выполнения лабораторной работы № 3
(задание 2)
Лекция
Лекция.
Распределение тем рефератов по теме
«Компьютерное имитационное моделирование»
Лекция. Решение задач
Лекция. Решение задач
Выполнение лабораторной работы № 3 (задание 1)
Выполнение лабораторной работы № 3 (задание 2)
Защита рефератов по теме «Компьютерное
имитационное моделирование».
Подведение итогов курса
Учебная литература
1.
Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Информационные системы и модели. Элективный курс:
Учебное пособие. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.
2.
Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Информационные системы и модели. Элективный курс:
Методическое пособие. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.
3.
Семакин И. Г., Хеннер Е. К. Информационные системы и Модели. Элективный курс:
Практикум. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.
