Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών

«Εισαγωγή στις Αρχές της Επιστήμης των Η/Υ» Β΄ τάξης Γενικού Λυκείου και Επαγγελματικού Λυκείου ως εξής:
1. Σκοπός
του μαθήματος

Σκοπός του μαθήματος είναι να γνωρίσουν οι μαθητές τομείς και θεμελιώδεις έννοιες της Επιστήμης
Υπολογιστών και Πληροφορικής και να αναπτύξουν την αναλυτική και συνθετική τους σκέψη. Η προσέγγιση που ακολουθείται σχετίζεται με θέματα τόσο της Θεωρητικής όσο και της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών. Με το πρώτο μέρος να καλύπτει θέματα της Θεωρητικής Επιστήμης των Υπολογιστών από το Πρόβλημα στον Αλγόριθμο και από εκεί στον Προγραμματισμό και τις Εφαρμογές του  και το δεύτερο μέρος με την επισκόπηση βασικών τομέων της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.

2. Στόχοι του μαθήματος
Στόχοι του μαθήματος είναι οι μαθητές να:

• γνωρίσουν τους τομείς τόσο της Θεωρητικής όσο και της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.
• περιγράφουν βασικές έννοιες της Επιστήμης των Υπολογιστών. 

Σε ό,τι αφορά τη Θεωρητική πλευρά της Επιστήμης των υπολογιστών, στόχοι του μαθήματος είναι οι μαθητές να:

• περιγράφουν την έννοια του αλγορίθμου, διακρίνουν την ύπαρξη συγκεκριμένων χαρακτηριστικών και τύπων καθώς και αναγνωρίζουν βασικές έννοιες στην Ανάλυση Αλγορίθμων.
• αναγνωρίσουν τις διάφορες μορφές αναπαράστασης του αλγορίθμου.
• αναφέρουν τους βασικούς τύπους και δομές δεδομένων, διακρίνουν τις βασικές εντολές και δομές που χρησιμοποιούνται σε έναν αλγόριθμο.
• προσδιορίζουν τον τρόπο λειτουργίας των δομών δεδομένων.
• εντοπίζουν και διορθώνουν τα λογικά λάθη ενόςαλγορίθμου.• δημιουργούν ευκρινές γνωσιακό και οργανωμένο νοητικό σχήμα που να περιλαμβάνει τα είδη και τεχνικές προγραμματισμού, με βάση την πρότερη εμπειρία τους.
• συνδυάζουν αλγοριθμικές δομές και δεδομένα/δομές δεδομένων για να δημιουργούν κώδικα/πρόγραμμα.
• διαπιστώνουν ότι οι σημερινές εφαρμογές είναι αρκετά πολύπλοκες και η δημιουργία τους ακολουθεί συγκεκριμένα μοντέλα ανάπτυξης εφαρμογών λογισμικού που εξελίσσονται σε συγκεκριμένες φάσεις.

Σε ό,τι αφορά την Εφαρμοσμένη πλευρά της Επιστήμης των υπολογιστών, στόχοι του μαθήματος είναι οι μαθητές να:

• εντάξουν τις γνώσεις τους για τα Λειτουργικά Συστήματα στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.
• εντάξουν τις γνώσεις τους για θέματα σχετικά με τη διαχείριση δεδομένων, δημιουργία, αποθήκευση και ανάκτηση πληροφορίας στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.
• αιτιολογούν ότι τα δεδομένα αποθηκεύονται σε οργανωμένες δομές και ότι αυτά ανακτώνται μέσω συγκεκριμένων συστημάτων και μεθοδολογιών.
• εντάξουν τις γνώσεις τους για θέματα επικοινωνίας και δικτύωσης συστημάτων στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.
• οργανώσουν σε νοητικό μοντέλο τα βασικά θέματα που αφορούν τα δίκτυα επικοινωνίας.
• εντάξουν την Τεχνητή Νοημοσύνη στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών, να γνωρίσουν τις επιστημονικές περιοχές της εφαρμογής της και να μπορούν να αναφέρουν τομείς στους οποίους έχει εφαρμογή η Τεχνητή Νοημοσύνη

 3. Στόχοι/Θεματικές ενότητες/Ενδεικτικές δραστηριότητες

ΣΤΟΧΟΙ	ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ	ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ
1.      ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Ενδεικτικά: {ώρες: 1, σελίδες: 2}
Οι μαθητές να περιγράφουν τους βασικούς τομείς της Επιστήμης των Υπολογιστών και να μπορούν να αναφερθούν στα πεδία τόσο της Θεωρητικής όσο και σε αυτά της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.	Επιστήμη των Υπολογιστών •         Θεωρητική Επιστήμη των Υπολογιστών (Theoretical Computer Science) •         Εφαρμοσμένη Επιστήμη των Υπολογιστών (Applied Computer Science)	Να αναζητήσουν στο Διαδίκτυο, εργαζόμενοι σε ομάδες, όρους που σχετίζονται με την Επιστήμη των Υπολογιστών τους, τους τομείς της, τα πεδία εφαρμογής καθεμιάς και να συσχετίζουν τις έννοιες μεταξύ τους. Να γίνει απαρίθμηση των πλέον γνωστών, από την πληθώρα, τομέων που την απαρτίζουν και ο σχετικός διαχωρισμός τους, σε θεωρητικό και εφαρμοσμένο πλαίσιο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ενισχυτικά το πρότυπο Acm Computing System για τυχόν αναφορά σε περισσότερους τομείς ή έννοιες, όπως για παράδειγμα η Αρχιτεκτονική της  πληροφορίας, η Υπολογιστική  σκέψη κ.ά
ΣΤΟΧΟΙ	ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ	ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ
2. ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
2.1. ΠΡΟΒΛΗΜΑ Ενδεικτικά: {ώρες: 2, σελίδες: 6}
Οι μαθητές να μπορούν να κατατάσσουν ένα πρόβλημα στην κατηγορία που ανήκει. Να μπορούν να διακρίνουν την ύπαρξη υπολογιστικών και μη προβλημάτων. Οι μαθητές να περιγράφουν τις φάσεις επίλυσης ενός υπολογιστικού προβλήματος.	2.1.1 Η έννοια του προβλήματος 2.1.2 Κατηγορίες Προβλημάτων (Επιλύσιμα, μη επιλύσιμα και ανοικτά προβλήματα) 2.1.3 Υπολογιστικά Προβλήματα 2.1.4 Διαδικασίες επίλυσης (υπολογιστικού) προβλήματος (Κατανόηση, Ανάλυση -Αφαίρεση, Σύνθεση, Κατηγοριοποίηση, Γενίκευση).	Να δοθούν ενδεικτικά παραδείγματα προβλημάτων και οι μαθητές εργαζόμενοι σε ομάδες να ανακαλύψουν τις κατηγορίες που αυτά ανήκουν. Μέσω ενδεικτικών παραδειγμάτων οι μαθητές να διαπιστώσουν ότι μέρος των προβλημάτων μπορεί να επιλυθεί με τη βοήθεια υπολογιστή. Μέσω ενδεικτικού παραδείγματος επίλυσης υπολογιστικού προβλήματος να αναδειχθούν οι φάσεις επίλυσής του.
2.2 ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Ενδεικτικά: {ώρες: 10, σελίδες: 30}
Οι μαθητές να περιγράφουν την έννοια του αλγορίθμου και την ύπαρξη συγκεκριμένων χαρακτηριστικών του.	2.2.1 Ορισμός αλγορίθμου 2.2.2  Χαρακτηριστικά αλγορίθμου (καθοριστικότητα, αποτελεσματικότητα, περατότητα, είσοδος/έξοδος κλπ)	Μέσω αυθεντικών παραδειγμάτων να αναγνωρίζουν οι μαθητές την έννοια του αλγορίθμου. Με παραδείγματα να αναδειχθούν από τους μαθητές τα χαρακτηριστικά των αντίστοιχων αλγορίθμων.
Οι μαθητές να αναφέρουν και να συσχετίζουν τις συγκεκριμένες έννοιες.	2.2.3 Ανάλυση Αλγορίθμων, Θεωρία Υπολογισμού, Πολυπλοκότητα Αλγορίθμων, Υπολογισιμότητα Αλγορίθμων.	Να αναζητήσουν, εργαζόμενοι σε ομάδες, στο Διαδίκτυο τους συγκεκριμένους όρους. Να δημιουργηθεί διαγραμματική αναπαράσταση με τη συσχέτισή τους (π.χ. με χρήση εννοιολογικού χάρτη).
Οι μαθητές να αιτιολογούν την ύπαρξη διαφόρων τύπων αλγορίθμων και να επεξηγούν τον τρόπο λειτουργίας τους.	2.2.4 Βασικοί τύποι αλγορίθμων όπως: Αλγόριθμοι Σειριακής και Παράλληλης επεξεργασίας Επαναληπτικοί και αναδρομικοί αλγόριθμοι	Να δοθούν ενδεικτικά παραδείγματα αλγορίθμων που να αναδεικνύονται οι σχετικές κατηγορίες (π.χ. μέσω του αλγορίθμου «Ταξινόμησης Δικτύου» μπορεί να αναδειχθεί η φύση της παράλληλης επεξεργασίας).
Οι μαθητές να αναγνωρίσουν τις διάφορες μορφές αναπαράστασης του αλγορίθμου και να μπορούν να επιλέγουν την πλέον κατάλληλη για συγκεκριμένο πρόβλημα.	2.2.5 Αναπαράσταση αλγορίθμου Φυσική γλώσσα, ψευδοκώδικας, γλώσσα προγραμματισμού (οπτικός ή κειμενικός τρόπος) και μεθοδολογίες διαγραμματικής αναπαράστασης αλγορίθμων (π.χ. λογικό διάγραμμα)	Να επιδειχθούν μέσω απλού παραδείγματος αλγορίθμου (π.χ. η αντιμετάθεση τιμών δύο μεταβλητών) οι διάφορες μορφές αναπαράστασης.
Οι μαθητές να αναφέρουν τους βασικούς τύπους και δομές δεδομένων που χρησιμοποιούνται σε αλγορίθμους.	2.2.6 Δεδομένα και αναπαράστασή τους Απλά δεδομένα ·      Δομές δεδομένων o   Στατικές o   Δυναμικές	Μέσω παραδειγμάτων να αναδειχθούν οι διάφοροι τύποι και δομές δεδομένων (ακέραιοι, πραγματικοί, χαρακτήρες, λογικοί, τύποι οριζόμενοι από το χρήστη, εγγραφές, πίνακες, σύνολα, αρχεία, λίστες, στοίβες, ουρές, δένδρα, γράφοι).
Οι μαθητές να διακρίνουν τις βασικές εντολές και δομές που χρησιμοποιούνται σε έναν αλγόριθμο.	2.2.7 Εντολές και δομές αλγορίθμου ·        Εντολές αλγορίθμου o   εισόδου o   εξόδου o   εκχώρησης τιμής ·        Δομές αλγορίθμων o   Δομή Ακολουθίας o   Δομή Επιλογής o   Δομή Επανάληψης (βρόχοι και αναδρομή).	Να επιδειχθούν, μέσω παραδείγματος αλγορίθμου, η χρήση απλών εντολών και δομών που χρησιμοποιούν οι αλγόριθμοι (π.χ. να γίνει αυτό μέσω του αλγορίθμου της ταξινόμησης επιλογής).
Οι μαθητές να προσδιορίζουν τον τρόπο λειτουργίας των δομών δεδομένων.	2.2.8 Βασικές αλγοριθμικές λειτουργίες σε δομές δεδομένων (εισαγωγή, διαγραφή, απαρίθμηση, εντοπισμός ...)	Μέσω αυθεντικών παραδειγμάτων (από τον πραγματικό κόσμο) να παρουσιαστεί ο τρόπος λειτουργίας των αντίστοιχων δομών δεδομένων.
Οι μαθητές να εντοπίζουν και να διορθώνουν τα λογικά λάθη ενός αλγορίθμου. Οι μαθητές να εξηγούν την ανάγκη δημιουργίας της κατάλληλης τεκμηρίωσης.	2.2.9  Εκσφαλμάτωση σε λογικά λάθη 2.2.10     Τεκμηρίωση	Να αναδειχθούν μέσω παραδείγματος αλγορίθμου (π.χ. της αντιμετάθεσης τιμών δύο μεταβλητών) περιπτώσεις λογικών λαθών. Να επιδειχθεί μέσω παραδείγματος η τεκμηρίωση αλγορίθμου.
3. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Ενδεικτικά: {ώρες: 6, σελ: 20}
Οι μαθητές να δημιουργήσουν ευκρινές γνωσιακό και οργανωμένο νοητικό σχήμα που να περιλαμβάνει τα είδη και τεχνικές προγραμματισμού, με βάση την εμπειρία προγραμματισμού από το Δημοτικό, το Γυμνάσιο και (πιθανόν) την Α' τάξη ΓΕΛ.	2.3.1 Αναφορά σε γλώσσες προγραμματισμού και «Προγραμματιστικά Υποδείγματα».	Αναφορά στα «Προγραμματιστικά Υποδείγματα» (προστακτικός, δηλωτικός, λογικός και λοιπά πρότυπα προγραμματισμού). Αναφορά σε προγραμματιστικές τεχνικές και είδη προγραμματισμού. Να δοθεί έμφαση στην προσέγγιση του δομημένου προγραμματισμού κύρια με παρουσίαση προγραμμάτων. Σύνδεση με το/τα είδη προγραμματισμού που γνώρισαν μέχρι σήμερα.
Οι μαθητές να συνδυάσουν αλγοριθμικές δομές και δεδομένα/δομές δεδομένων για να δημιουργήσουν κώδικα/πρόγραμμα.	2.3.. 2 Σχεδίαση και συγγραφή κώδικα.	Υλοποίηση σε κώδικα ενός απλού ήδη γνωστού και κατά προτίμηση υλοποιημένου σε προηγούμενο στάδιο αλγορίθμου (π.χ. αλγόριθμος αντιμετάθεσης, αλγόριθμος σειριακής αναζήτησης με χρήση πίνακα...). Να επιδειχθεί μέσω του παραπάνω παραδείγματος, η διαδικασία της μετάφρασης/διερμηνείας και εκσφαλμάτωσης κύρια συντακτικών λαθών. Αναφορά σε τεχνικές επαναχρησιμοποίησης κώδικα, όπως διαδικασίες, συναρτήσεις, βιβλιοθήκες.
Οι μαθητές να διαπιστώσουν ότι οι σημερινές εφαρμογές είναι αρκετά πολύπλοκες και η δημιουργία τους ακολουθεί συγκεκριμένα μοντέλα ανάπτυξης εφαρμογών λογισμικού που εξελίσσονται σε συγκεκριμένες φάσεις.	2.3.3 Κύκλος ζωής εφαρμογής λογισμικού Φάσεις: Ανάλυση, σχεδίαση, υλοποίηση, λειτουργία και συντήρηση.	Να γίνει αναφορά μέσω παραδείγματος στις φάσεις ανάπτυξης μιας επιλεγμένης εφαρμογής λογισμικού. Να γίνει αναφορά στη συνεργασία ομάδων ανάπτυξης λογισμικού για ολοκληρωμένες εφαρμογές. Να γίνει συζήτηση για εφαρμογές ανοικτού ή μη κώδικα.
ΣΤΟΧΟΙ	ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ	ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ
3. ΘΕΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ενδεικτικά: {ώρες: 8, σελίδες: 20}
Οι μαθητές να εντάξουν τις γνώσεις τους για τα Λειτουργικά Συστήματα στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.	3.1 Λειτουργικά Συστήματα (Λ.Σ.) Περιγραφή της έννοιας του Λ.Σ. Βασικές εργασίες του Λ.Σ. •         Διαχείριση της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας •         Διαχείριση της Μνήμης •         Διαχείριση του Συστήματος Αρχείων •         Διαχείριση των Εισόδων και Εξόδων Γνωστά Λ.Σ.	Τι είναι το Λ.Σ. Ποιον σκοπό εξυπηρετεί. Αναφορά στις βασικές λειτουργίες του. Σύντομη παρουσίαση γνωστών Λ.Σ.
Οι μαθητές να εντάξουν τις γνώσεις τους για θέματα σχετικά με τη διαχείριση δεδομένων, δημιουργία, αποθήκευση και ανάκτηση πληροφορίας στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών. Οι μαθητές να αιτιολογούν ότι τα δεδομένα αποθηκεύονται σε οργανωμένες δομές και ότι αυτά ανακτώνται μέσω συγκεκριμένων συστημάτων και μεθοδολογιών.	3.2 Πληροφοριακά συστήματα Συστήματα διαχείρισης δεδομένων Αρχιτεκτονικές αποθήκευσης •         Άμεσης πρόσβασης •         Βασισμένες σε δίκτυο •         Βασισμένες σε σύννεφο Βάσεις δεδομένων •         Δομή •         Σχεσιακές Βάσεις. Σύστημα Διαχείρισης Βάσης Δεδομένων •         •  Γλώσσες Ερωτοαποκρίσεων (SQL, XML)	Να γίνει συζήτηση που να αναδειχθούν οι πρότερες γνώσεις για θέματα διαχείρισης αποθήκευσης και ανάκτησης δεδομένων σε γενικό επίπεδο (web, βάσεις δεδομένων κ.α.). Αφού διαπιστωθεί το επίπεδο των γνώσεων των μαθητών, να επιχειρηθεί να ολοκληρωθούν αυτές στο μέτρο που αυτό είναι εφικτό.
Οι μαθητές να εντάξουν τις γνώσεις τους για θέματα επικοινωνίας και δικτύωσης συστημάτων στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών. Οι μαθητές να οργανώσουν σε νοητικό μοντέλο τα βασικά θέματα που αφορούν τα δίκτυα επικοινωνίας.	3.3 Δίκτυα •         Ορισμός δικτύου Η/Υ •         Στοιχεία δικτύου o   υπολογιστικά συστήματα και συσκευές o   μονάδες μεταγωγής o   γραμμές μετάδοσης •         Κατηγορίες δικτύων o   βάσει περιοχής o   βάσει μέσων μετάδοσης o   βάσει τεχνικής προώθησης της πληροφορίας •         Τοπολογίες δικτύων •         Σύγχρονες υπηρεσίες δικτύων	Μέσω ανάκλησης γνώσεων ή αναζήτησης (και με τη χρήση εννοιολογικού χάρτη), να απεικονιστούν τα θέματα που διαπραγματεύεται η ενότητα.
Οι μαθητές να εντάξουν την Τεχνητή Νοημοσύνη στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών, να γνωρίσουν τις επιστημονικές περιοχές της εφαρμογής της Τεχνητής Νοημοσύνης να μπορούν να αναφέρουν τομείς στους οποίους έχει εφαρμογή η Τεχνητή Νοημοσύνη.	3.4 Τεχνητή Νοημοσύνη (Τ.Ν.) •         Τι είναι η Τεχνητή Νοημοσύνη •         Εξέλιξη της Τεχνητής Νοημοσύνης •         Τομείς Εφαρμογής της Τ.Ν. •         Αναφορά σε γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται στην Τ.Ν.	Να αναζητηθούν οι επιστημονικές περιοχές στις οποίες μπορεί να έχει εφαρμογή η Τ.Ν. Να αναδειχθεί ο ρόλος της Τ.Ν σε σύνθετα προβλήματα. Να αναφερθούν οι τομείς εφαρμογής της Τ.Ν (μηχανική μάθηση, συμπερασματολογία, ρομποτική κ.ά.) Να γίνει αναφορά σε Γλώσσες Λογικού. Προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται στην Τ.Ν.

4. Διδακτική μεθοδολογία
• Η διδακτική του μαθήματος σχετίζεται με τον κοινωνικό εποικοδομισμό και τις σύγχρονες θεωρήσεις για την «επεξεργασία των πληροφοριών».
• Οι διδακτικές προσεγγίσεις πρέπει να καλύπτουν όλα τα επίπεδα των σύγχρονων Στοχοταξινομιών και να σχετίζονται με τους πλέον αποδεκτούς τύπους Νοημοσύνης. Όσον αφορά τις εκπαιδευτικές τεχνικές προτείνεται να ακολουθούνται οι πλέον ενεργητικές εξ αυτών. Χρησιμοποιούνται αυθεντικά παραδείγματα από τον πραγματικό κόσμο.
• Το μάθημα γίνεται σε εργαστηριακό περιβάλλον ακολουθώντας μεθόδους αναζήτησης και ανακάλυψης. Ως κοινωνική οργάνωση της τάξης ακολουθείται η ομαδοσυνεργατική προσέγγιση. Ο καθηγητής λειτουργεί ως διευκολυντής για την οικοδόμηση της γνώσης από τον μαθητή κινούμενος με τεχνικές του «πλαισίου στήριξης» (scaffolding).
• Με κατάλληλα απλά παραδείγματα επιδιώκεται οι μαθητές να αντιληφθούν τις διάφορες έννοιες και να είναι ικανοί να αξιολογούν και οργανώνουν τις έννοιες αυτές σε νοητικές δομές, συστηματοποιώντας και ολοκληρώνοντας τις πρότερες εμπειρίες τους.