Revision of the Computer Science subject at basic and advanced levels in upper secondary education

Full Text

Постановка проблемы. Технологический прогресс и глобальная цифровизация общества изменяют требования к образованию. Возрастает актуальность цифровых компетенций при подготовке кадров в рамках реализации Национального проекта «Экономика данных и цифровая трансформация государства[14]» и других документах стратегического планирования[15]. В формировании будущего кадрового научного и инженерно-технического потенциала Российской Федерации одна из ведущих ролей отводится информатике, изучаемой на углубленном уровне в основном и среднем общем образовании. Исходя из целей изучения информатики на углубленном уровне, этот предмет выбирают учащиеся, целенаправленно готовящиеся к поступлению в вуз по направлениям, связанным с информационными технологиями. Несмотря на то что углубленный уровень изучения учебного предмета предполагает знакомство с информационной безопасностью, анализом данных, машинным обучением, ИИ, в настоящее время требуется расширение этих тем до уровня уверенного пользователя интеллектуальных сервисов (поиска, генерации, автоматизации рабочих процессов, аналитики, написания кода), владеющего основными навыками программирования. С учетом этого действующие предметные результаты нуждаются в уточнении и дополнении. Цель - скорректировать и доработать предметные результаты по информатике для двух уровней изучения в соответствии с новым правовым нормативным документом, определяющим приоритеты научно-технологического развития Российской Федерации, с учетом достижений современной науки, а также обновленными положениями системы оценивания результатов обучения в среднем общем образовании. Методология. Для работы над обновлением ФГОС СОО были созданы экспертные группы, которые рассматривали и согласовывали уточнения и дополнения во все разделы стандарта, в том числе предметные результаты базового и углубленного уровней по информатике с позиции соответствия вновь принятых нормативных правовых документов, изменившейся практики применения образовательных инструментов с интеллектуальной составляющей. При работе над уточняющими формулировками предметных результатов необходимо было выдерживать соответствующий уровень деятельности учащихся. На базовом уровне речь идет, как правило, о формировании «общих представлений об изучаемых понятиях и методах, о воспроизведении нескольких базовых алгоритмов, практических навыках использования программного обеспечения» [1]. На углубленном уровне необходимо описать дея тельность учащихся на основе свободного оперирования понятиями, алгоритмами, методами, освоение более широкого содержания, демонстрацию устойчивых навыков применения изученного в практической деятельности. По изменяющимся позициям предметных результатов проводился систематический мониторинг достижений старшеклассников. Результаты и обсуждение. Обучение информатике в контексте реализации комплексного плана повышения качества математического и естественно-научного образования на период до 2030 г. предполагает использование широкого круга возможностей, которые можно реализовать в рамках существующих вариантов учебного плана. При проектировании основной образовательной программы предпочтение следует отдавать углубленному изучению информатики в основной (2 ч) и старшей (4 ч) школе. Для реализации проектной деятельности старшеклассников использовать возможности вузов, кванториумов и других организаций дополнительного или профессионального образования. Время внеурочной деятельности направлять на подготовку к Всероссийской олимпиаде школьников по четырем профилям: программированию, искусственному интеллекту, информационной безопасности и робототехнике, а также перечневым олимпиадам Российского совета олимпиад школьников [2]. В федеральной образовательной программе по информатике среднего общего образования углубленного уровня[16] существенно увеличено время на изучение программирования на рекомендованных профессиональных языках, что обеспечено преемственностью с ранними этапами обучения: на уровне основного общего образования (в 5-6 классах - с применением визуальных сред программирования), а также на уровне начального общего образования [3-5]. В ходе открытого обсуждения скорректированных предметных результатов по информатике ФГОС СОО учителя одобрили подход, согласно которому использование инструментов ИИ в образовательном процессе должно быть обоснованным и опираться на общепринятые этические нормы и действующее нормативное регулирование. В содержании учебного предмета «Информатика» необходимо акцентировать внимание на фундаментальных основах ИИ: методах моделирования, интеллектуальных методах и реализации этих методов в алгоритмах, программировании на текстовых языках, применении универсальных и специализированных интеллектуальных моделей и др. Роль учителя остается ведущей, а инструменты ИИ выступают средствами развития технологических навыков обучающихся [6; 7]. С учетом этого рассмотрим изменения предметных результатов базового уровня изучения информатики. В целом данные корректировки можно охарактеризовать как доработку существующих формулировок и их дополнение по наиболее актуальным направлениям развития информационных технологий. Изменения формулировок направлены на приведение предметных результатов базового уровня в соответствие с объемом отведенного учебного времени. Например, понятие «интернет-приложение» заменено на «интернет-сервис», поскольку в современных условиях пользователи редко встречаются с отдельным приложением (почтовым клиентом или программой для доступа к файловому архиву) для решения своей задачи в Сети. Чаще всего, мы работаем с комплексной услугой, которая предоставляется через целый набор разных приложений как единый комплекс «услуг»: мобильный клиент, веб-клиент, API (средства для работы программ внешних поставщиков), внутренние по отношению к сервису приложения (боты, мини-приложения и т.д.). При этом не только внешняя (Front) часть представляет собой комплекс приложений, но и внутренняя (Back), то есть и сам логически единый сервис - это комплекс разнообразных, совершенно не похожих друг на друга приложений, обеспечивающих хранение, доступ, обработку, мониторинг, управление и другие задачи. Цифровая грамотность подразумевает выполнение необходимых действий с цифровым контентом, взаимодействие с другими в цифровой среде, где распространенными программными инструментами являются браузеры и доступные через их функционал поисковые системы. Поэтому умение их применять добавлено как конкретный предметный результат на базовом уровне. Исходя из этого формируется умение определять среднюю скорость передачи данных, оценивать изменение времени передачи при изменении информаци онного объема данных и характеристик канала связи4, которое 4 Проект приказа Минпросвещения России «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования» // Минпросвещения. Банк документов. URL: https://docs.edu.gov.ru/document/95cddc2389fb11bdaf9cac0221b4fc45 (дата обращения: 08.01.2026). однозначн о позволяет проверить важные практические навыки работы в компьютерных сетях как во внутреннем, так и во внешнем оценивании. Понимание возможностей и ограничений технологий ИИ в различных областях[17] в предметных результатах базового уровня уже было, но без умений применять существующие в настоящее время программные средства на основе ИИ[18] (рекомендательные или генеративные алгоритмы) для решения обычных рутинных учебных задач без использования программирования [8]. Для формирования таких умений существуют облегченные российские версии GigaChat[19][20] и веб-версия YandexGPT[21], доступные без регистрации. Образовательные платформы, разработанные для школ, также имеют встроенные интеллектуальные алгоритмы, и их возможности расширяются. В повседневной жизни учащиеся самостоятельно применяют интеллектуальные сервисы, в школе этот процесс необходимо систематизировать и учить использовать технологии безопасно, с соблюдением этических и правовых норм [9]. Учителю информатики или специалисту следует зарегистрировать несколько технических записей, не связанных с конкретными людьми, для работы в классе. Предметный результат в части противодействия угрозам информационной безопасности ранее был сформулирован для базового уровня изучения информатики. Вопросы компьютерных сетей рассматриваются поверхностно, нет учебного времени для формирования фактически описанных навыков специалиста по информационной безопасности. Предложенная новая формулировка опирается на более узкий контекст: сужает общее понимание до некоторых наиболее актуальных (на момент урока) угроз и средств противодействия им, а также представлениях о целях и мерах по защите персональных данных. Незначительные корректировки внесены в пункты 5-9 предметных результатов по информатике базового уровня[22]. По формулировке пункта 5 следует напомнить, что не существует «основных принципов дискретизации», поскольку дискретизация сама по себе является методом, необходимым для обработки изначально аналоговых сигналов. Уже к результатам дискретизации (с учетом особенностей применяемых моделей) добавляются методы кодирования (причем и без дискретизации), в результате чего мы и получаем возможность оценивать объем информации, представляемой в компьютере, как особо подчеркивается в новой формулировке [10]. В пункте 6 убран код Хэмминга из-за нехватки времени на его отработку в рамках одного часа базового курса информатики, но его изучение и проверка предусмотрены на углубленном уровне. Уточнено начало пункта 7, поскольку «теоретический аппарат» существует в науке, но не в учебном предмете. Для перевода чисел в разные системы счисления или преобразования логических выражений не нужно знать всю теорию чисел, алгебру и анализ, а также математическую логику как довольно объемный раздел математики, что подразумевалось в словосочетании «владение теоретическим аппаратом». Проверяются элементарные умения перевода чисел в разные системы счисления и основы логики, которые остались в уточненной формулировке, а словосочетание «владение теоретическим аппаратом» удалено. Из пункта 8 убраны «таблицы трассировки» как устаревший методический прием, использовавшийся в 1990-х гг. при безмашинном обучении программированию. Сейчас существуют системы отладки (отладчики), позволяющие пройти программу по шагам, отследив изменения значения переменных. В пункт 9 внесены уточнения в формулировку. В предыдущем варианте были смешаны математическое и техническое понятия «числовая последовательность» и представления данных «массив», что затрудняло обсуждение алгоритмов обработки числовых данных, в которых оба понятия могли как применяться, так и не применяться. Формулировки результатов по работе с базами данных в пункте 10 были разделены на два уровня в соответствии с требованиями и из-за невозможности фактически сформировать навыки оператора баз данных в одночасовом предмете [11]. Развернутая формулировка результатов по базам данных будет сохранена в углубленном уровне, где время изучения на тему существенно больше. В пункте 11 детализированы умения использовать методы и средства имитационного моделирования как современных инструментов прогнозирования результативности работы любой сложной системы. Имитационное моделирование в школьном курсе информатики изучается и применяется уже более двадцати лет с в виде виртуальных лабораторий и различных образовательных платформ (МЭШ, РЭШ). Детализация данного умения обусловлена необходимостью интеграции российского программного обеспечения для имитационного моделирования в исследовательские и проектные работы старшеклассников, выполняемые на базе вузов, кванториумов и др. Уточнение методов имитационного моделирования (агентное, системно-динамическое, дискретно-событийное) проведено с учетом достижений современной науки. В настоящее время разработан ряд российских сред имитационного моделирования, таких как Actor Pilgrim (МЭИ), Visual Imitak, Imitak Project (ГУУ), GPSS STUDIO (ООО «ЭЛИНА - КОМПЬЮТЕР»), AnyLogic (образовательная версия), которые применимы как для решения крупных профессиональных задач, так и для реализации ученичечких проектов и стартапов [12]. В список рекомендуемых к изучению языков программирования добавлен язык 1С на базовом и углубленном уровнях, который уже используется в некоторых перечневых олимпиадах для школьников. Рассмотрим изменения предметных результатов углубленного уровня изучен ия информатики. Общий подход к изменениям можно характеризовать как расширение и углубление тем по наиболее актуальным направлениям развития информационных технологий. Детализация и уточнение формулировок относятся к темам, которые сейчас раскрыты недостаточно или которые нужно привести в соответствие с требованиями к предметным результатам углубленного уровня в рамках имеющегося учебного времени (4 ч в неделю). Представим обзор по тематическим разделам. Тематический раздел «Цифровая грамотность» посвящен аппаратным компонентам (устройствам) и средствам их коммутации (стандартным шинам взаимодействия, компьютерным сетям) в составе информационных систем. Расширена тема архитектуры современных компьютеров и цифровых устройств за счет основных технологических решений, лежащих в основе распространенных аппаратных компонентов информационных систем[23]. Далее формулировки дополнены рутинными и часто ежедневными для каждого пользователя умениями: • выбирать оптимальный состав и характеристики аппаратных и программных компонентов, исходя из требований типовых и специальных задач; • выполнять коммутацию типовых устройств, диагностировать и устранять простейшие неисправности цифровых устройств[24]. Развернут материал об операционных системах на уровне понимания происходящих процессов. Содержательно для углубленного уровня этот материал является новым, не предполагающим проверки усвоения, но закладывающим основы для дальнейшего использования в разделах, посвященных программированию, информационным технологиям, а также для выполнения практико-ориентированных проектов на базе вузов: • понимание места, задач и состава операционной системы в структуре программного обеспечения компьютера; • понимание основных абстракций, реализуемых операционной системой (файл, процесс, поток), многопользовательских операционных систем; • понимание основ применения параллельных вычислений: ядра процес-сора, специализированных устройств, вычислительных кластеров12. После переноса темы «Компьютерные сети» из раздела «Информационные технологии» в раздел «Цифровая грамотность» она была представлена в предметных результатах поверхностно, что не позволяет обеспечить устойчивые знания и умения, необходимые для продолжения образования по технологическим направлениям, или использовать альтернативную форму поступления в вуз по результатам Всероссийской олимпиады по информатике профиля «Информационная безопасность». В связи с этим предметные результаты по теме компьютерных сетей были скорректированы. Уровень усвоения материала по теме повышен с «понимания» до «применения». Предметные результаты по теме сейчас включают: • понимание принципов организации и функционирования компьютерных сетей; • знание основных понятий: сетевые адаптеры, канал/среда передачи, коммутационное оборудование, протоколы, сетевой стек TCP/IP, маршрутизация, сеть Интернет; • умение называть необходимые компоненты для обеспечения сетевого обмена персонального цифрового устройства (аппаратные, программные, параметры настроек) и их источники; • умение выбирать и настраивать средства взаимодействия со средой Интернет, включая аппаратные средства проводного и беспроводного подключения, а также основные протоколы, диагностировать и устранять простейшие неисправности при работе в сети; • умение работать в удаленном сетевом пространстве, используя сервисы командной работы; • умение получать, использовать и анализировать сертификаты, средства организации защищенных каналов связи, средства электронной подписи13. В связи с ростом значимости и сфер применения средств электронно-цифровой подписи отдельно рассматриваются основные, доступные всем пользователям государственных услуг технические средства просмотра и использования сертификатов. Такие средства входят в комплект поставки программного обеспечения всех операционных систем общего назначения, внесенных в реестр программного обеспечения российского происхождения. Средства проверки и использования электронной цифровой подписи реализованы в составе сервисов Госуслуг (в частности, в виде сервиса «Госключ», который используется во время вступительных кампаний уже 2 года) [13]. Доступны и пробные версии криптосредств всех ведущих производителей (CryptoPro CSP, Vipnet CSP). Раздел «Теоретические основы информатики» дополнен тематикой ИИ и анализа данных: добавлены задачи на их программную реализацию, что повышает уровень требований от простого понимания до умения решать задачи с использованием программного обеспечения. Предметные результаты включают: • понимание роли машинного обучения при решении задач ИИ, наличие представлений об основных задачах анализа данных (классификация, кластеризация, регрессия); • умение реализовывать на практике этапы решения основных задач анализа данных - сбор первичных данных, очистка и оценка качества данных, выбор и/или построение модели, преобразование данных, визуализация данных, интерпретация результатов; 13 умение выбирать тип модели данных для решения различных задач в зависимости от поставленных условий и характеристик; • понимание принципов работы интеллектуальных систем и умение их создавать; • умение использовать готовые библиотеки и наиболее известные интеллектуальные алгоритмы, в том числе программные средства реализации нейронных сетей14. К программным средствам на основе ИИ относятся библиотеки для реализации интеллектуальных систем (PyTorch и TensorFlow - из репозитория PyPi), модели (из репозиториев PyPi и HuggingForce). С применением свободно доступных платформ, например Jupyter Notebook, у школьников есть все возможности реализовывать интеллектуальные системы по образцу [14; 15]. Практика работы со старшеклассниками в специализированных классах (ИТ, инженерных, предпрофессионального обучения, занимающихся разработкой программного обеспечения) показала, что прототипы интеллектуальных систем доступны для школьников, изучающих информатику на углубленном уровне (рекомендательные и экспертные системы, чат-боты с разным функционалом, робототехнические системы, использование готовых моделей нейронных сетей). Кроме того, данный пункт требований коррелирует с правилами разработки самостоятельных нетиповых реализаций актуальных алгоритмов тематического раздела «Алгоритмы и программирование». В целом реализация этих требований на практике способствует подготовке и участию в одном из четырех профилей Всероссийской олимпиады школьников по информатике - искусственный интеллект. В тематический раздел «Алгоритмы и программирование» добавлены предметные результаты, относящиеся к самостоятельной реализации алгоритмов, составляющих основу существующих программных пакетов различного назначения. В связи с широким распространением языка Python результаты в большинстве своем относятся к возможности его применения [16]. Добавлены следующие умения: • использовать в программах данные различных типов с учетом ограничений на диапазон их возможных значений, применять при решении задач структуры данных (списки, словари, стеки, очереди, деревья); • использовать стандартные и специальные функции для обработки числовых данных и символьных строк; • применять специализированные библиотеки, • документировать программы; • разрабатывать собственные (не типовые) алгоритмы для решения прикладных задач на основе изученных методов (например, алгоритм Брезенхема для построения фигур, преобразование координат и фигур, обработка изображений); • выполнять преобразование кода цвета из одной цветовой модели в другую; 14 обрабатывать растровые изображения с использованием различных фильтров (с применением матрицы свертки); • использовать пакеты эскизной или инженерной графики для создания трехмерных моделей для учебно-исследовательских целей; • анализировать и оптимизировать программный код, использовать системы контроля версий сред разработки; • реализовывать связь между графическим интерфейсом и программным кодом для создания прикладных программ; • работать с регулярными выражениями для анализа больших объемов текстовых данных; • публиковать разработанные прикладные программные продукты в сети Интернет и/или магазинах мобильных и веб-приложений; • создавать, изменять статические графические материалы в растровом представлении с помощью редактора и графических библиотек на языках программирования; • создавать, изменять статические графические материалы в векторном представлении с помощью редактора и графических библиотек на языках программирования15. Возможность публикации разработанных в рамках учебных исследовательских и проектных работ старшеклассниками на базе вузов вполне реализуется от учетных записей, принадлежащих организации. Тематический раздел «Информационные технологии» был дополнен умениями использовать программные средства для обработки звука и видеоконтента, создания веб-приложений при решении различных задач. Опыт проектной деятельности старшеклассников показал, что такие программные средства популярны и востребованы. В большей мере для внешнего оценивания результатов проектной деятельности служат следующие умения: • создание, измение звуковых и видеоматериалов с помощью редактора; • подготовка цифрового контента, включающиго информацию в нескольких формах (мультимедийные материалы), в том числе презентации и видеоролики для различных целей; • использование системы контроля версий как средства организации эффективной работы над проектом, понимание места системы версионирования в коллективной разработке и ее связи с процессами непрерывной разработки и интеграции; • понимание основы разработки веб-приложений; • представление, что такое «тег», структура страницы, теги оформления ссылок, изображений, таблиц стилей (CSS, Cascading Style Sheets); • подготовка простейших html-страниц, применение расширенных средств оформления (CSS), использование сценариев JavaScript на странице, взаимодействие со страницей из сценария; 15 понимание принципов организации клиент-серверного веб-приложения; • разработка простейших статических страниц и сценариев, подготовка простейших сценариев на стороне сервера, включающих взаимодействие с системами управления базами данных и генерацию страниц по шаблону, реализация простого клиент-серверного приложения[25]. Как было сказано ранее, умение работать с базами данных было разделено для двух уровней изучения предмета. Для углубленного уровня на внешнюю проверку вынесены умения в прежней формулировке. Таким образом, при разработке основной образовательной программы среднего общего образования школам необходимо учитывать измененные формулировки предметных результатов по информатике ФГОС СОО для двух уровней изучения, а также учитывать рекомендации по организации изучения информатики для обеспечения подготовки учащихся к четырем профилям Всероссийской олимпиады школьников по информатике с учетом возможностей проектно-исследовательской и внеурочной деятельности[26]. Мониторинг доступности расширенных предметных результатов углубленного уровня для среднего общего образования проходил в течение текущего учебного года на занятиях со старшеклассниками московских школ, в рамках проектов «ИТ-вертикаль» и «ИТ-класс» в Институте математики и информатики Московского педагогического государственного университета. Заключение. Принятые к утверждению обновленные формулировки предметных результатов по информатике базового и углубленного уровней учитывают положения вновь принятых правовых нормативных документов, практический опыт совместной проектной работы вузов и школ, достижения современной науки и технологий, в частности возможности создания и использования программ c интеллектуальной составляющей в общем образов ании.

About the authors

Nadezhda N. Samylkina

Moscow Pedagogical State University

Author for correspondence.
Email: nsamylkina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0797-5532
SPIN-code: 5599-8846

Doctor of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Professor at the Department of Theory and Methodology of Informatics Education

1 Malaya Pirogovskaya St, Moscow, 119435, Russian Federation

Maksim A. Kostenko

V.S. Lednev Institute of Content and Teaching Methods

Email: info@instrao.ru
ORCID iD: 0009-0001-9682-9387
SPIN-code: 3864-3395

Candidate of Sociological Sciences, Associate Professor, Acting Director

16 Zhukovskogo St, Moscow, 101000, Russian Federation

Natalia I. Volynchuk

V.S. Lednev Institute of Content and Teaching Methods

Email: Volynchuk@instrao.ru
ORCID iD: 0000-0002-0458-5283
SPIN-code: 1045-5020

Candidate of Pedagogical Sciences, Head of the Center for Mathematical and Natural Science Education

16 Zhukovskogo St, Moscow, 101000, Russian Federation

References

Supplementary files