Организация и методика проведения занятий по основам алгоритмизации на основе программирования

Кенгуренок  является аналогом исполнителя Чертежник. Кенгуренок может работать в режиме прямого управления: «команда - исполнение», и в режиме программного управления: «программирование - автоматическое исполнение программы».

2.3 Методические особенности изучения раздела

Проанализировав авторские программы, используемые в настоящее время в различных  учебных заведениях и одобренные Министерством образования и  науки Российской Федерации, можно  сделать вывод о различны подходах к построению изучения раздела «алгоритм и исполнители».

В отношении  теоретического материала можно  сказать, что существенных отличий  в различных программах не видно, но значительно различается порядок  изучения отдельных подразделов. Например, в некоторых учебниках понятия алгоритм дается в непосредственной связи с понятием исполнителя, а в других эти темы достаточно разделены и предусматривают изучение исполнителя на примере конкретной среды программирования.

Но существенные различия начинаются при рассмотрении практической составляющей данного раздела, хотя они разрешены стандартом. Предусматривается выбор различных сред программирования авторами программ в соответствии с их концепцией построения учебного материала. Но для всех программ характерно изучение школьного алгоритмического языка, как основы для понимания простейших алгоритмических конструкций и основных этапов построения программ.

Поэтому следует  более подробно остановиться на вопросах, связанных с различными языками  программирования.

Поскольку в  базовом курсе ставится лишь цель первоначального знакомства с программированием, то строгого описания языка программирования не требуется. Основной используемый метод - демонстрация языка на примерах простых  программ с краткими комментариями. В связи с этим у учащихся могут возникнуть трудности с изучением объектно-ориентированной среды Visual Basic. Некоторые понятия достаточно воспринять ученикам на «интуитивном» уровне. Для выполнения учениками несложных самостоятельных заданий достаточно действовать методом «по образцу».

Учитель может  задуматься над проблемой: как лучше  связать изучение методов построения алгоритмов работы с величинами и  языка программирования. Здесь возможны два варианта:

1. сначала рассматриваются  всевозможные алгоритмы, для описания которых используются блок-схемы и алгоритмический язык, а затем - правила языка программирования, способы перевода уже построенных алгоритмов программу на этом языке;

2. алгоритмизация  и языки программирования осваиваются  параллельно.

Теоретическое изучение алгоритмизации и программирования, оторванное от практики, малоэффективно. Желательно, чтобы ученики как можно раньше получили возможность проверять правильность своих алгоритмов, работая на компьютере.

Обучение программированию должно проводиться на примере типовых задач с постепенным усложнением структуры алгоритмов.

В качестве примера  построение последовательности изучения темы «алгоритм и исполнители» можно  предложить следующее поурочное  планирование, разработанное по учебнику Семакина (9 класс) [9].

 

Занятие №1

Тема. Понятие алгоритма. Свойства и различные способы записи алгоритма. Компьютер как формальный исполнитель алгоритма.

Цели:

образовательные – сформировать понятия алгоритма, исполнителя, формального исполнителя, изучить свойства и способы описания алгоритмов; 
развивающие – развивать логическое мышление, память, внимание, умение сравнивать и анализировать; 
воспитательные – воспитывать трудолюбие, культуру речи и общения студентов, самостоятельность.

Тип занятия: комбинированный урок.

План занятия:

1. Организационный  момент. 
2. Проверка знаний студентов. 
2.1. Фронтальная устная беседа. 
2.2. Тест с взаимопроверкой. 
2.3. Терминологический диктант. 
2.4. Беседа по тесту и предыдущей теме. 
3. Изучение нового материала. 
3.1. Понятие алгоритма. 
3.2. Свойства алгоритма. 
3.3. Способы описания алгоритма. 
4. Закрепление. 
5. Итоги занятия. 
6. Домашнее задание.

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент.

Мотивация: в начале занятия повторим предыдущий материал, проверим его, выполнив тест и диктант. Затем, используя имеющиеся знания по информатике и по другим дисциплинам, рассмотрим новую тему, чтобы подготовиться к решению задач на компьютере.

2. Проверка знаний студентов.

2.1. Фронтальная  беседа, связанная с вопросами  теста.

Как перевести целое число из десятичной системы счисления в другую систему счисления?

(Делить  последовательно целое число  на основание новой системы  счисления до получения частного, меньшего делителя. Результатом  является число, записанное в  обратном порядке, начиная с  последнего частного).

Какие логические операции вы знаете?

(Дизъюнкция, конъюнкция, инверсия)

Вспомните определение дизъюнкции (логического сложения), конъюнкции (логического умножения), инверсии (логического  отрицания) и условия их истинности.

(Даются  определения и условия истинности)

2.2. Тест  с последующей взаимопроверкой  <Приложение 1>.

Учитель. Одна подгруппа будет выполнять тест. Перед вами инструкции для отвечающих и для проверяющих, листочки для черновых записей и бланк ответа. Заполните в бланке ответа столбец “Ответ”. Через 12 минут вы поменяетесь местами. Проверяющие из второй подгруппы заполнят те же бланки ответов и выставят оценку. Окончательная оценка ставится преподавателем и будет объявлена и прокомментирована на следующем занятии.

Исправления в бланках ответов не допускаются!

2.3. Терминологический  диктант (в квадратных скобках  даны ответы).

Учитель. Со второй подгруппой проводим диктант. Вы должны кратко ответить на вопрос или закончить предложение.

1. Предмет, процесс или явление, имеющее уникальное имя и представляющее собой единое целое, называют моделью или объектом? (Объект)
2. По сравнению с моделируемым объектом модель содержит столько же информации, меньше информации или больше информации? (Меньше)
3. Выбрать, какая пара объектов находится в отношении "объект – модель": космический аппарат и законы Ньютона и всемирного тяготения или автомобиль и техническое описание автомобиля? (Автомобиль и техническое описание автомобиля)
4. Закончите предложение. Моделью называют объект, имеющий … (существенные для данного исследования свойства объекта)
5. Что собой представляет этап "формализация" для решения задачи на компьютере? (Подбор или вывод формул, связывающих исходные данные и результаты)
6. Как называется этап решения задачи, на котором она разбивается на отдельные части (шаги)? (Алгоритмизация)
7. Какие свойства реальных объектов воспроизводят муляжи продуктов в витрине магазина? (Цвет, форму, …)
8. Может ли один и тот же объект иметь разные материальные модели? Если да, то для чего? (Да, для разных исследований)
9. Приведите пример информационной модели, имеющей табличную структуру. (Таблица Менделеева, таблица розыгрыша по футболу, …)
10. Какая модель является динамической: формула химического соединения или формула закона Ома? (Ни та, ни другая)
11. Приведите примеры знаковых моделей. (Физические, математические, химические формулы, нотные записи и т.д.)

Учитель. Сдайте диктант, оценки за него узнаете на следующем занятии. Поменяйтесь местами с первой подгруппой. Проверьте тест, используя инструкцию проверяющего. Проставьте свои ответы в столбце “Ответ проверяющего”. Проставьте оценку: 9 правильных (по вашему мнению) ответов – оценка “5”, 8-7 – “4”, 6-5 – “3” и сдайте бланки ответов преподавателю. Продолжаем работу с первой подгруппой.

2.4. Фронтальная  беседа (в квадратных скобках  даны примерные ответы студентов).

1. Почему в тесте был вопрос по переводу числа из десятичной системы счисления в двоичную? С чем это связано? (Мы изучали этапы решения задач на компьютере, а кодирование информации происходит последовательностями 0 и 1 (двоичными кодами), а это цифры двоичной системы счисления)
2. В чём суть информационной технологии решения задач на компьютере?

(Для  решения задачи на компьютере  её нужно формализовать, т.е.  составить для неё математическую  модель (формулы не отражают конкретных  ситуаций - биологии, медицины и т.д.), которая затем реализуется на  ПК)

3. Перечислить этапы решения задач на компьютере. (Постановка задачи, формализация, выбор метода решения, алгоритмизация, кодирование, отладка и тестирование, реализация (использование))
4. Объяснить сущность этапа “Постановка задачи”? (Нужно определить исходные данные и результаты и обозначить их)

Задание “Часы” <Рисунок 1>. Составьте определение  по указанному времени: 15:55, 13:30, 04:10, 07:50, 12:25, 20:45 и запишите его в тетради

(Моделирование  – это метод познания, состоящий  в создании моделей).

Рисунок1

Учитель. Заканчиваем на этом работу, проверяющие сдают бланки ответов. Результаты теста и правильность выставления оценок вы узнаете на следующем занятии. Если оценка преподавателя отвечающему студенту разойдется с оценкой проверяющего более чем на 2 балла, то в журнал ставится оценка на балл ниже, при расхождении в 1 балл – сохраняется оценка проверяющего.

3. Изучение нового материала  (беседа).

3.1. Понятие  алгоритма.

1. Скажите, где вы уже встречались с термином “алгоритм”? (При решении задач по физике, химии, математике.)
2. Как вы понимаете этот термин? (Порядок действий, последовательность действий, план решения и т.д.)
3. Рассмотрим задачу из физики.

В цепи имеются два конденсатора электрической ёмкостью С₁и С₂ . Найти ёмкость цепи. Как вы будете решать задачу? (Нужно знать, как соединены конденсаторы.)

4. Добавим, что соединение параллельное. (Теперь можно решить по формуле С_о=С₁+С₂)
5. А если задачу предложить ученику 7 класса? (Не решит, т.к. не поймёт, не изучали электричество.)

Вывод: Будет ли решена задача, зависит от исполнителя – студент поймёт и решит, а семиклассник – нет.

1. Рассмотрим задачу: решить уравнение ax²+bx+c=0. Как вы будете решать задачу? (Исходные данные a, b, c, результат - x)
2. Какая последовательность действий должна быть? (D=b-4ac, еслиD>0, то  , если D = 0, то  , если D<0, то нет решений.)
3. Приведите примеры из различных областей. (Инструкции, рецепты и т.д.)

Записать в тетради.

Алгоритм  – это базовое понятие информатики, не имеет строгого определения, но описать  его можно так: алгоритм - это конечная последовательность действий исполнителя, направленная на решение поставленной задачи.

Учитель. Рецепт приготовления чая (предположим, что чай готовят два человека одновременно).

1. Вскипятить свежую воду.
2. Ополоснуть заварной чайник крутым кипятком.
3. Положить чай из расчёта 1 чайную ложку на чашку чая и сразу залить кипятком.
4. Через 3-5 минут помешать.
5. Добавить сахар по вкусу.

Получится ли одинаковый чай? (Нет, т.к. они могут  положить разное количество сахара.)

Учитель. Следовательно, результат зависит от исполнителя.

Записать в тетради.

Смысл понятия алгоритм в том, что  посредством алгоритма задаётся последовательность действий, допустимых длянекоторого исполнителя и обеспечивающая достижение поставленной цели.

3.2. Основные  свойства алгоритмов.

Мы  рассмотрели разные последовательности действий. Как же среди них выделить алгоритмы? (Они должны иметь общие  свойства.)

Записать в тетрадях (и на доске).

Свойства  алгоритмов.

1. Дискретность – разрывность, отделённость одного действия от другого.
2. Детерминированность – однозначность, определённость формулировок, не допускающая разных толкований.
3. Конечность – каждое отдельное действие (и весь алгоритм) должно быть выполнено (имеет предел).
4. Результативность – получение результата после конечного числа шагов, предусматривающее все возможные варианты.
5. Массовость – возможность решать множество однотипных задач.

Учитель. Рассмотрим пример: сложение дробей с разными знаменателями.(На этом примере учитель демонстрирует все свойства алгоритма)

3.3. Способы записи алгоритмов.

Учитель. Как мы сейчас представили алгоритм? (Словами)

А при  решении квадратного уравнения? (Формулами с пояснениями)

А как  записать алгоритм для компьютера, чтобы ему это было понятно? (В  виде программы)

Записать в тетрадях.

Программа – это алгоритм, предназначенный для исполнителя-компьютера.

Компьютер – формальный исполнитель, он не понимает, что делает, не думает, точно выполняет  те действия, которые ему задал  человек.