Организация и методика проведения занятий по основам алгоритмизации на основе программирования

В данной курсовой работе рассматривается второй этап овладения основами информатики - базовый  курс (VII-IX классы), обеспечивающий обязательный общеобразовательный минимум подготовки школьников по информатике. Он направлен на овладение учащимися методами и средствами информационной технологии решения задач, формирование навыков сознательного и рационального использования компьютера в своей учебной, а затем профессиональной деятельности. Изучение базового курса формирует представления об общности процессов получения, преобразования, передачи и хранения информации в живой природе, обществе, технике.

Представляется, что содержание базового курса может  сочетать в себе все три существующих сейчас основных направления в обучении информатике в школе и отражающих важнейшие аспекты ее общеобразовательной значимости:

· мировоззренческий  аспект, связанный с формированием  представлений о системно-информационном подходе к анализу окружающего  мира, о роли информации в управлении, специфике самоуправляемых систем, общих закономерностях информационных процессов в системах различной природы:

· “пользовательский” аспект, связанный с формированием  компьютерной грамотности, подготовкой  школьников к практической деятельности в условиях широкого использования информационных технологий;

· алгоритмический (программистский) аспект, связанный  в настоящее время уже в  большей мере с развитием мышления школьников.

Основные содержательные линии курса охватывают следующие  группы вопросов:

· вопросы, связанные с пониманием сущности информационных процессов, информационными основами процессов управления в системах различной природы; вопросы, охватывающие представления о передаче информации, канале передачи информации, количестве информации (условно-“линия информационных процессов”);

· способы представления  информации (условно-“линия представления  информации”);

· методы и средства формализованного описания действий исполнителя (условно-“алгоритмическая линия”);

· вопросы, связанные  с выбором исполнителя для решения задачи, анализом его свойств; возможностей и эффективности его применения для решения данной задачи (условно назовем эту линию “линией исполнителя”);

· вопросы, связанные  с методом формализации, моделированием реальных объектов и явлений для  их исследования с помощью ЭВМ, проведение компьютерного эксперимента (условно-“линия формализации и моделирования);

· этапы решения  задач на ЭВМ, использование программного обеспечения разного типа для  решения задач, представление о  современных информационных технологиях, основанных на использовании компьютера (условна-“линия информационных технологий”).

Алгоритмическая линия включает в себя обязательный минимум содержания учебного материала, который должен быть усвоен учащимися  полностью.

Изучение учебного материала данной содержательной линии курса обеспечивает учащимся возможность:

· понять (на основе анализа примеров) смысл понятия  алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации  деятельности человека при исполнении алгоритмов;

· освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения учебных задач;

· получить представление  о “библиотеке алгоритмов”, уметь  использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;

· получить представление  об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом  языке), использовать этот язык для  записи алгоритмов решения простых  задач.

В образовательном  стандарте также сформулированы основные требования к уровню подготовки учащихся.

Учащиеся должны:

· понимать сущность понимания алгоритма, знать его  основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

· понимать возможность  автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

· знать основные алгоритмические конструкции и  уметь использовать их для построения алгоритмов;

· определять возможность  применения исполнителя для решения  конкретной задачи по системе его  команд, построить и исполнить  на компьютере алгоритм для учебного исполнителя (типа “черепахи”, “робота” и т.д.);

· записать на учебном  алгоритмическом языке (или языке  программирования) алгоритм решению  простой задачи.

2.2 Обзор авторских программ

Понятие «алгоритм» является центральным в первом школьном учебнике под редакцией А.П. Ершова и В.М. Монахова - «Основы информатики и вычислительной техники». Указание на выполнение каждого отдельного действия названо командой, а «совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называются системой команд исполнителя». В качестве основного свойства алгоритма подчеркивается формальный характер работы исполнителя при его выполнении. Отсюда делается вывод о том, что исполнителем может быть автомат (машина, робот). На этой идее основан принцип программного управления работой компьютера, поскольку программа - это и есть алгоритм, представленный на языке, «понятном» компьютеру - на языке программирования.

Сформированные  в учебнике [1] понятия явились  дидактической основой для раскрытия  темы алгоритмизации во всех последующих учебниках информатики.

Практически весь алгоритмический раздел учебника ориентирован на исполнителя - человека. В задачах  вычислительного характера (а их большинство в учебнике) в качестве метода работы исполнителя предлагается заполнение таблицы значений. В программировании такие таблицы принято называть трассировочными таблицами. В учебнике сказано: «При исполнении алгоритма компьютером значения величин хранятся в его памяти. При исполнении алгоритма человеком таблица значений выполняет роль дополнительной памяти для исполнителя».

Одним из основных методических достижений данного учебника стало введение в школьную информатику  учебного алгоритмического языка. Алгоритмический  язык А.П. Ершова можно назвать русскоязычным  псевдокодом, предназначенным для обучения методике структурного программирования.

Наряду с  использованием с использованием алгоритмического языка для описания алгоритмов в  учебнике активно используются блок-схемы. Подчеркивается необходимость стандартного изображения блок-схем, чего также требует методика структурного подхода к программированию.

Теперь рассмотрим авторскую программу Макаровой  Н.В. Раздел «алгоритм и исполнители» разбит на две темы, изучение которых  происходит в рамках раздела «программное обеспечение информационных технологий». Программа рассчитана на преподавание информатики в расчете 2 часа в неделю.

Первая тема носит название «основы алгоритмизации»  и включает в себя следующие основные вопросы: понятие и определение  алгоритма; свойства алгоритмов; формы  представления алгоритма: словесная, графическая, программа; типовые алгоритмические конструкции: последовательность, ветвление, цикл; стадии создания алгоритма; линейный алгоритм; разветвляющийся алгоритм; циклический алгоритм; цикл с известным числом повторений; цикл с предусловием; цикл с постусловием; вспомогательный алгоритм.

Вторая тема называется «представление о программе (классификация программ)», здесь  рассмотрению подлежат следующие вопросы: исполнитель алгоритма; понятие  программы и программирования; назначение процедуры; подходы к созданию программы: процедурный, объектный; классификация и характеристика программного обеспечения: системное, прикладное, инструменты программирования; роль программного обеспечения в организации работы компьютера.

Изучение раздела «алгоритм и исполнители» происходит на протяжении всего базового курса, то есть с 8 по 9 классы.

В 8 классе учащиеся знакомятся на примерах с понятием алгоритма и его основными  свойствами. Учащиеся знакомятся с  различными формами представления  алгоритмов, останавливаются подробно на блок-схемах. Обучение происходит с параллельным освоением школьного алгоритмического языка. Таким образом, все типовые алгоритмические конструкции представлены одновременно с помощью блок-схем и Кумира (школьного алгоритмического языка), что позволяет обеспечить понимание формального представления алгоритма различными способами. На изучение данной темы отводится 6 часов занятий в некомпьютерном классе.

Что касается вопросов, связанных с исполнителем и системой его команд, то они рассматриваются уже в связи с формированием понятия программа и программирование. Здесь рассматриваются подробно различные подходы к созданию программы, а также большое внимание уделяется процедуре. На изучение данной темы отводится всего лишь 1 час занятий без использования компьютера.

А затем идет рассмотрение полностью практического  вопроса, подводящему итог изучения теоретических основ построения алгоритмов и программ, «среда программирования». В данном учебнике для обучения учащихся алгоритмизации предлагается язык программирования ЛОГО. В состав данного языка входит исполнитель Черепашка, назначение которого -изображение на экране чертежей, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Программы управления Черепашкой составляются из команд: вперед(а), назад(а), направо(в), налево(в), поднять хвост, опустить хвост. Имеется в виду, что черепашка рисует хвостом, и если хвост опущен, то при перемещении проводится линия, а когда хвост поднят, то линия не рисуется. Кроме того в языке имеются все основные структурные команды. В целом ЛОГО предназначен для обучения структурной методики программирования.

Главное методическое достоинство Черепашки - ясность  для ученика решаемых задач, наглядность  процесса работы в ходе выполняемой  программы. А как известно дидактический принцип наглядности является одним из важнейших в процессе обучения. Всего на изучение этой темы отводится 8 часов, что не является достаточным для разбора всех тонкостей этой среды, но хватает для знакомства с одной из сред программирования.

В 9 классе происходит более подробное изучение темы «основы алгоритмизации», на этот раздел выделяется уже 8 часов. В этом классе происходит повторение всех изученных понятий и их свойств с более глубоким проникновением в тему благодаря владению учащимися различными формами представления алгоритмов: блок-схемы, школьный алгоритмический язык, среда программирования ЛОГО. Учащиеся более подробно останавливаются на рассмотрении циклических алгоритмов, в частности они изучают различные разновидности циклических алгоритмов: цикл с предусловием, цикл с постусловием, цикл с известным числом повторений. Также они начинают знакомиться с новой средой программирования Visual Basic, хотя это происходит с помощью рассмотрения аналогов алгоритмов, записанных на изученных раннее алгоритмических языках (ЛОГО, Кумир).

Следующей авторской  программой, которая будет рассмотрена  в рамках данной курсовой работы является программа Угриновича Н.

Данная учебная  программа составлена с расчетом на 1 урок информатики в неделю. Рассмотрение раздела «алгоритм и исполнители» начинается с 9 класса и входит как отдельная тема в главу «основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования». На изучение данной темы отводится 7 часов.

Изучение начинается с рассмотрения вопросов, связанных с алгоритмом и его формальным представлением, при этом определение алгоритма дается только после объявления и пояснения примерами его основных свойств. Здесь не так много приводится примеров алгоритмов по сравнению с учебником Макаровой Н.В., что усложняет формирование у учащихся библиотеки алгоритмов. Достаточно подробно рассматривается понятие исполнитель алгоритма, в качестве которого упор делается на компьютер и человека. Все последующие уроке посвящены непосредственно изучение объектно-ориентированного программирования на примере языка Visual Basic. Также параллельно с этим происходит преставление алгоритмов с помощью редактора блок-схем алгоритмов Block-diagram editor.

С одной стороны  система объектно-ориентированного визуального программирования Visual Basic является системой программирования, так как позволяет кодировать алгоритмы на этом языке. С другой стороны, она является средой проектирования, так как позволяет осуществлять визуальное конструирование графического интерфейса. В данной теме также рассматривается понятие проекта, который является результатом процессов программирования и проектирования.

В рамках системы  программирования Visual Basic учащиеся изучают  основные алгоритмические структуры (линейная, ветвление, выбор, цикл), типы, имена и значения переменных, операцию присваивания, а также графические возможности языка программирования.

В качестве формы  отчетности учащимися выполняются  различные проекты, соответствующие  теме урока.

Следующая авторская  программа, которой необходимо уделить внимание является программа по учебному курсу «информатика и ИКТ» является программа Семакина И.Г. Она предусматривает изучение данного курса на базовом уровне в расчете - 2 урока в неделю.

В 9 классе тема «алгоритм и исполнители» входит в раздел «информация и управление», таким образом можно отметить несколько иной подход к пониманию алгоритмизации. Его можно назвать кибернетическим подходом. Алгоритм трактуется как информационный компонент системы управления. Такой подход дает возможность ввести в содержание базового курса новую содержательную линию - линию управления. Это многоплановая линия, которая позволяет затронуть следующие вопросы:

· элементы теоретической  кибернетики: кибернетическая модель управления с обратной связью;

· элементы прикладной кибернетики: структура компьютерных систем автоматического управления (системы с программным управлением); назначение автоматизированных систем управления;

· основы теории алгоритмов.

На изучение этого раздела отводится 10 часов, в том числе 5 часов теории и  столько же практики.

Основные теоретические  вопросы, которые следуют обязательному  рассмотрению: управление и кибернетика, автоматизированные и автоматические системы управления; определение  и свойства алгоритма; линейные алгоритмы; вспомогательные алгоритмы и подпрограммы; циклические алгоритмы и ветвления.

Практическая  работа осуществляется с помощью  одного из учебных графических исполнителей алгоритмов: Черепашки, Кенгуренка или  Чертежника.

Исполнитель Чертежник - это своеобразный графопостроитель, действующий в системе декартовых координат, связанных с экраном. Его назначение - изображение чертежей, графиков, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Чертежник близок к Черепашке, однако ее работа не связана с системой координат (хотя единицы длины для нее существуют).