Утверждена на заседании кафедры информатики и вычислительной техники
Протокол № 158 от 05.10.2007
Зав. кафедрой А.П. Шестаков
Пермский государственный педагогический университет
Факультет информатики и экономики
ПРОГРАММА ИТОГОВОГО КВАЛИФИКАЦИОННОГО ЭКЗАМЕНА
ПО ИНФОРМАТИКЕ
Направление 050200 «Бакалавр физико-математического образования», профиль «Информатика»
Пояснительная записка
Итоговый государственный экзамен предназначен для определения практической и теоретической подготовленности бакалавра физико-математического образования (профиль «Информатика») к выполнению образовательных задач, установленных государственным образовательным стандартом по направлению 050200, и продолжению образования по программам подготовки магистра физико-математического образования.
Программа содержит основные вопросы различных курсов по информатике, имеющие наиболее важное теоретическое и практическое значение.
В билете государственного экзамена три вопроса: два теоретических, третий — практическое задание.
Объём требований, предъявляемых экзаменуемому, определяется Государственным образовательным стандартом по направлению 050200 и вопросами настоящей Программы.
На выпускном экзамене члены Государственной аттестационной комиссии (ГАК) вправе задать дополнительные вопросы не только по экзаменационным билетам, но и по всем разделам программы.
Для подготовки к ответу студенту даётся необходимое время (не менее ½ часа).
Экзаменующиеся должны знать:
основные понятия информатики (алгоритм, сложность и выполнимость алгоритмов, исполнитель алгоритмов, информация, информационный процесс, ЭВМ); основы структурного программирования (основные типы данных, процедуры и функции, реализация основных алгоритмических структур в языках программирования, стандартные модули) и объектно-ориентированного программирования (объект, свойства, поведение, класс, абстрагирование, инкапсуляция, полиморфизм, модульность, наследование, иерархия);
основы сетей передачи данных (локальные, корпоративные, глобальные сети, базовые топологии, методы доступа к среде, семиуровневая модель OSI, оборудование компьютерных сетей, Интернет, электронная почта);
базовые понятия исследования операций и теории игр, компьютерного моделирования, дискретной математики, математической физики, теоретических основ информатики;
основы информационных технологий (операционные системы, прикладное программное обеспечение, системы программирования);
цели и задачи обучения информатике в современной средней общеобразовательной школе;
школьные программы и особенности основных учебников по информатике;
требования к организации педагогического процесса, к оснащению и оборудованию кабинета информатики.
Экзаменующиеся должны уметь:
работать с системными и прикладными компьютерными программами;
составлять алгоритмы и программы для ЭВМ;
решать прикладные задачи методом компьютерного моделирования;
планировать и проводить уроки по предмету.
Содержание программы
Раздел I. Информатика
Роль и место информатики в современном обществе. Объект и предмет информатики как науки. Структура информатики. Информация и способы ее измерения. Характеристика основных информационных процессов (сбора, передачи, обработки и накопления информации). Технические и программные средства реализации информационных процессов. Способы представления информации (числовой, текстовой, графической, аудио- и видео-) в памяти ЭВМ. Информационная безопасность. Классификация угроз безопасности. Средства информационной безопасности. Международные стандарты информационной безопасности. Формальные модели безопасности информационных систем. Криптография. Криптографические стандарты.
Раздел II. Языки и методы программирования
Программирование как раздел информатики. Методологии программирования: основные понятия и определения (метод, методология, парадигма программирования, синтаксис, семантика). Классификация по ядрам методологии: императивное программирование, объектно-ориентированное, функциональное, логическое (происхождение, методы и концепции, синтаксис и семантика, языки, класс решаемых задач). Понятие об алгоритме. Понятие исполнителя алгоритмов, система команд исполнителя. Свойства, способы представления алгоритмов. Структурный подход к программированию. Базовые структуры алгоритмов. Нисходящее проектирование программ. Примеры. Основные конструкции алгоритмических языков программирования: алфавит, данные, величины (ее свойства), имена, выражения, стандартные функции и процедуры. Реализация подпрограмм в конкретных языках программирования Формальные и фактические параметры. Механизмы передачи данных в подпрограммы. Примеры. Основные операторы языка. Реализация основных конструкций в конкретных языках программирования. Примеры. Концепция типа данных. Простые, структурированные (записи, массивы, множества) типы данных, их характеристики, описание и использование. Примеры. Файловые типы: типизированные, текстовые, нетипизированные. Описание. Основные функции и процедуры. Примеры. Динамические структуры данных (однонаправленный список, очередь, стек). Определение, описание, программирование. Программирование алгоритмов обработки данных: поиск и сортировка. Объектно-ориентированное программирование. Основные свойства объектно-ориентированных языков. Основные принципы ООП (определения). Классы. Описание классов. Свойства класса. Видимость атрибутов класса. Конструкторы. Деструкторы. Инкапсуляция, наследование, полиморфизм и их реализация в объектно-ориентированном языке. Статические, виртуальные, динамические и абстрактные методы. Идеология программирования под Windows. Идеология программирования в Delphi. Объекты. Компоненты. Виды компонентов. Иерархия компонентов. События, свойства и методы компонентов. Механизмы передачи и обработки сообщений в объектно-ориентированных средах.
Раздел III. Архитектура вычислительных систем
История создания ЭВМ. Смена поколений и совместимость машин. Понятие архитектуры ЭВМ. Классическая архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана. Архитектура персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры. Общее описание компонентов. Классификация памяти персонального компьютера. Основные характеристики памяти и типы основной оперативной памяти. Архитектура микропроцессора. Основные характеристики. Алгоритм работы МП. Система команд микропроцессора. Форматы команд. Режимы адресации памяти. Стек. Прерывания. Внешняя память на жестких дисках. Магнитный принцип записи. Структура, характеристики и форматирование жесткого диска. Видеосистема ПК. Типы и технические характеристики дисплеев. Классификация вычислительных систем по взаимодействую центрального процессора и периферийных устройств, по взаимодействию потока команд и потока данных.
Раздел IV. Информационные системы и сети
Понятие системы. Основы системного анализа. Классификация информационных систем. Базы и банки данных. Документальные информационно-поисковые системы. Архитектура информационных систем. Системы управления базами данных. Элементы реляционной модели данных. Нормализация отношений. Проектирование данных методом «сущность-связь». Целостность реляционных данных. Реляционные операторы: реляционная алгебра, реляционное исчисление. Язык SQL. Локальная вычислительная сеть. Топологии вычислительных сетей. Базовая модель Open System Interconnection (OSI). Протоколы передачи данных. Сетевые устройства и средства коммуникации. Программные средства локальных компьютерных сетей. Глобальная компьютерная сеть Internet. Сервисы и прикладные протоколы сети Internet. Адресация в сети Internet: структура региональных имён; адресация Web-документов. Поисковые системы Internet.
Раздел V. Информационные технологии в физико-математическом образовании
Традиционные и компьютерные технологии обучения. Программированное обучение. Типы обучающих программ. Достоинства и недостатки использования компьютерных технологий в обучении. Перспективы развития информатизации обучения. Мультимедиа. Компьютерные сети и дистанционное обучение. ППС обучения, их назначение и классификация. Требования, предъявляемые к ППС. Этапы разработки ППС. Инструментальные системы разработки ППС, их общие характеристики. Кибернетический подход к процессу обучения. Информационная модель обучающей системы. Тестирование. Требования, предъявляемые к тестам. Традиционные и компьютерные формы тестирования. Критерии качества тестовых заданий. Традиционные и компьютерные формы тестирования. Требования, предъявляемые к компьютерным тестовым программам. Анализ качества составления тестовых заданий. Проведение педагогического эксперимента. Этапы создания web-сайта. Структура и требования к сайту образовательного типа. Способы создания.
Раздел VI. Компьютерное моделирование
Абстрактная модель реальности. Сложные системы. Физическая модель. Математическая модель. Уравнение колебаний математического маятника. Анализ решений. Задача Рэлея. Численное решение уравнения теплопроводности для плоской задачи. Численное решение уравнения теплопроводности для поверхности.
Раздел VII. Математическая физика
Дифференциальные уравнения в частных производных, теорема существование и единственности, линейно-независимые решения. Уравнение колебание струны, физические приближения. Уравнение колебание струны, вывод уравнения, постановка начальных и краевых условий. Метод Фурье для решения уравнения колебания струны. Стоячие волны. Вывод уравнения колебания мембраны. Начальные и краевые условия. Метод Фурье для решения уравнения колебания мембраны. Стоячие волны прямоугольной мембраны. Уравнения и функции Бесселя. Колебание круглой мембраны. Стоячие волны круглой мембраны. Уравнение линейной теплопроводности стержня. Начальные и краевые условия.
Раздел VIII. Теоретические основы информатики
Сигналы и системы передачи информации. Измерение информации. Формула Хартли. Коды и кодирование. Оптимальность кодов. Надежность передачи сообщений. Передача информации по дискретному каналу. Теоремы Шеннона. Системы счисления как основа различных кодов. Методы кодирования. Построение оптимальных кодов. Алгоритмы помехоустойчивого кодирования. Избыточные коды. Методы Хаффмана и Шеннона-Фано. Формализация понятия алгоритма. Машины Поста и Тьюринга. Одноленточные и многоленточные машины Тьюринга. Нормальные алгоритмы Маркова. Рекурсивные функции. Эквивалентность машин Тьюринга, частично-рекурсивных функций, нормальных алгоритмов Маркова. Понятие об алгоритмической разрешимости задачи. Информация в естественном языке. Формальные языки и автоматы. Алфавит. Цепочки. Операции над языками. Свойства языков. Классификация формальных языков. Способы определения языков. Способы представления алгоритмов. Сложность алгоритмов. Понятие о формальных языках и грамматиках. Метаязыки описания языков программирования (синтаксические диаграммы и нормальные формы Бэкуса-Наура).
Раздел IX. Технологии и методики обучения информатике
Основные этапы введения в школу ЭВМ, программирования и элементов кибернетики. Информатизация образования в России. Информатика как наука. Структура предметной области информатики. Школьная информатика. Информатика как учебный предмет в средней школе. Методика обучения информатике как новый раздел педагогической науки и учебный предмет подготовки учителя информатики. Эволюция целей обучения информатике в школе. Первые программы по курсу ОИВТ. Понятия «компьютерная грамотность», «информационная культура». Формирование непрерывного курса информатики. Стандартизация школьного образования в области информатики. Национально-региональный компонент стандарта по информатике. Базисный учебный план школы и место информатики в системе учебных дисциплин. Методическая система обучения информатике. Дидактические особенности учебных занятий по информатике. Основные содержательные линии курса информатики в школе, их общая характеристика и объем изучения. Перспективы развития содержательных линий. Формы и методы обучения информатике. Средства обучения информатике. Кабинет вычислительной техники: функции, оснащение, санитарные правила и нормы. Программные средства учебного назначения: классификация, тенденции развития, цели и функции использования. Дидактические принципы применения программных средств в процессе обучения. Планирование учебного процесса по курсу информатики. Урок как основная форма обучения информатике. Организационные формы и содержание внеклассной работы по информатике. Современные средства оценивания результатов обучения.
Раздел X. Исследование операций
Оптимизационные задачи в науке и технике. Однокритериальная и многокритериальная оптимизация Линейное программирование. Геометрический смысл. Симплекс–метод. Двойственные задачи. Нелинейное программирование. Метод множителей Лагранжа. Нелинейное программирование. Метод штрафных функций Динамическое программирование. Многошаговые процессы принятия решений. Задачи распределения ресурсов Введение в динамическое программирование. Многошаговые процессы принятия решений. Задачи распределения ресурсов Теория игр. Игры с нулевой суммой. Чистые и смешанные стратегии. Теория массового обслуживания. Пуассоновский поток событий. Обслуживание с ожиданием. Обслуживание с преимуществами.
Литература
Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика. — М., Академия, 2004.
Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. — М.: Педагогика-Пресс, 1994.
Семакин И.Г., Шестаков А.П. Основы программирования: Учебник. — М.: Мастерство, НМЦ СПО; Высшая школа, 2001. — 432 с.
Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. — М., Мир, 1989.
Вирт Н. Алгоритмы + структура данных = программы. — М.: Мир, 1985.
Зуев Е.А. Программирование на языке TURBO PASCAL 6.0-7.0. — М.: Радио и связь, 1993.
Есаян А.Р. и др. Информатика. — М.: Просвещение, 1991.
Заварыкин В.М., Житомирский В.Г., Лапчик М.П. Основы информатики и вычислительной техники. — М.: Просвещение, 1988.
Ляхович В.Ф. Руководство к решению задач по основам информатики и вычислительной техники. — М.: Высшая школа, 1994.
Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. — М.: Высшая школа, 1993.
Методика преподавания информатики: Учеб. пособие для студ. пед. вузов/ М.П. Лапчик, И.Г.Семакин, Е.К. Хеннер: Под общей ред. М.П. Лапчика. — М.: Издательский центр "Академия", 2001. — 624 с.
Информатика. Задачник-практикум в 2 томах. /Под ред. И.Г.Семакина и Е.К. Хеннера. Т. 1,2. М.: Лаборатория базовых знаний, 1999.
Замков О.О., Толстопятенко А.В., Черемных Ю.Н. Математические методы в экономике. – М.: «ДИС», 1998.
Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.: Высш. шк., 2001. — 208 с.
Исследование операций в экономике. /Под ред. Н.Ш. Кремера. – М.: Банки и биржи. Издат. объединение ЮНИТИ, 1997.
Кузнецов Ю.Н., Кузубов В.И., Волощенко А.Б. Математическое программирование. – М.: Высшая школа, 1976.
Монахов В.М., Беляева В.С., Краснер Н.Я. Методы оптимизации. – М.: Просвещение, 1978.
Шелобаев С.И. Математические методы и модели. – М.: ЮНИТИ, 2000.
|
