Лабораторная работа №4. Изучить теоретическую часть.. Теоретическая часть

Лабораторная работа №4

Тема: Методика изложения темы «Алгоритмы и исполнители».

Цель:Систематизировать знания по теме «Алгоритмы и исполнители» (понятия «алгоритм», «программа», исполнитель; виды исполнителей, виды ошибок исполнителя.); рассмотреть место темы в курсе информатики начальной школы; изучить методические особенности изложения темы в начальной школе. Развивать внимательность, самостоятельность. Воспитание культуры речи.

Информационные источники:

v Обучающий комплект «Сходинки до інформатики» для 2-4 класів, в состав которого входят:

1. Программа курса «Сходинки до інформатики» для 2-4 классов. Авторы: Ривкинд Ф.М., Ломаковская Г.В., Колесников С.Я., Ривкинд Й.Я. (Научно-методический журнал «Информатика и информационные технологии в учебных заведениях» № 4-5, 2006 г.).

2. Учебники «Сходинки до інформатики» (2, 3 и 4 классы, авт. Ф.М. Ривкинд, Г. В. Ломаковская, С. Я. Колесников, Й. Я. Рывкинд);

3. Рабочие тетради «Сходинки до інформатики» (2, 3 и 4 классы, авт. О. О. Андрусич, С. І. Гордиенко);

4. Обучающий развивающий компьютерный программный комплект «Сходинки до інформатики» для 2-4 классов.

План выполнения:

1. Изучить теоретическую часть.

2. Создать папку для результатов выполнения л.р. с названием ЛР_№4.

3. Выполнить задания в практической части.

4. Папку с результатами упаковать в архив с названием ШифрГруппы_Фамилия_ЛР№4.

5. Архив переслать прикрепленным файлом к письму на электронный ящик vrblana@gmail.com, указать тему письма ЛР_№4.

6. Написать конспект урока по теме «Алгоритмы и исполнители: любая из тем предусмотренных программой для 4 класса».

Теоретическая часть

Понятие алгоритма является одним из центральных понятий школьного курса информатики. Это понятие относится к исходным математическим понятиям, поэтому не может быть определено через другие, более простые понятия.

“Прежде, чем что-нибудь сделать, надо составить план”, — говорила Алиса из сказки Льюиса Кэрролла. И в жизни мы все время составляем планы наших действий, например, утром большинство из нас действует по такому плану:

встать

одеться

умыться

позавтракать

выйти из дома в школу или на работу

В таком же виде можно записать план для того, чтобы заварить чай, сделать бутерброд с колбасой, купить себе мороженое, вымыть грязные руки, …

В информатике план действий называют алгоритмом. Алгоритм состоит из отдельных шагов – команд. Ни одну из них нельзя пропустить, чаще всего никакие команды нельзя поменять местами (что при этом произойдет?).

Для каждого шага этого алгоритма можно предложить более подробный план. Например, для действия “позавтракать”:

вскипятить чайник

сделать бутерброд

съесть бутерброд с чаем

вымыть посуду

И тут каждый шаг, в свою очередь, тоже можно расшифровать – составить более подробный план. Где же остановиться? Ответ прост – это зависит от исполнителя — того, кто будет выполнятьэтот алгоритм. Надо остановиться на таком плане, в котором исполнителю будет понятно, как выполнить каждый шаг.

¨ Исполнитель – это тот, кто умеет понимать и выполнять некоторые команды.

¨ Среда исполнителя – это предметы, которые окружают исполнителя и с которыми он работает.

¨ Список (или система) Команд Исполнителя (СКИ) –набор команд, понятных исполнителю. Исполнитель может выполнить только те команды, которые входят в его СКИ.

Исполнителями могут быть

· люди:ученик, рабочий, учитель, бригада;

· животные:дрессированная собака (санитар, розыскная, охотничья), кошка;

· машины: станки, роботы, компьютеры;

Вообще говоря, исполнителями могут быть дажерастения:подсолнечник (разворачивается на солнце), кувшинки (закрываются на ночь).

Человек как исполнитель отличается от всех остальных исполнителей несколькими признаками, например:

1. Понимает команды в различных вариантах (например “Сядь!”, “Садись!”, “Присядь!”).

2. Выполняя команды, «додумывает» их с учетом своего опыта.

3. Может отказаться исполнять команду, если она ему не нравится (“Ешь манную кашу!”, “Выстрели в окно из рогатки!”). То есть человек обладает волей и отвечает за свои действия.

Для решения большинства задач недостаточно отдать одну команду исполнителю, надо составить для него алгоритм — план действий, состоящий из команд, которые ему понятны (входят в его СКИ). Таким образом, можно дать определение алгоритма.

¨ Алгоритм –это точно определенный план действий исполнителя, направленный на решение какой-то задачи. В алгоритм можно включать только те команды, которые есть в СКИ исполнителя.

Ошибки при работе исполнителей

Работа исполнителя не всегда проходит гладко – иногда встречаются ошибки. Существует три вида ошибок исполнителей.

“НЕ ПОНИМАЮ”	Заданной команды нет в списке команд исполнителя, и он ее не понял. Вероятно, мы ошиблись в записи текста команды.
“НЕ МОГУ”	Исполнитель понял команду, но не может ее выполнить. Например, роботу дана команда “вперед”, а впереди стоит стенка, и он не может идти. Или собаке скомандовали “Сидеть!”, а она уже сидит.
ЛОГИЧЕСКИЕ ОШИБКИ	Исполнитель понял команду и выполнил ее, но сделал не то, что мы от него хотели. Причина этого – наша ошибка в составлении задания (алгоритма).

Чтобы ввести нового исполнителя надо:

· задать среду исполнителя – класс, столы, стулья;

· составить СКИ.

Человек способен понимать смысл команды и часто может «додумать», что от него хотели даже тогда, когда команда задана неточно. Для того, чтобы алгоритм был понятен роботу, компьютеру или другой машине, недостаточно только написать команды, надо еще и оформить алгоритм в таком виде, в котором его понимает машина, то есть записать в формальном виде.

В формальной записи алгоритма можно использовать только те команды, которые входят в СКИ исполнителя. Кроме того, надо соблюдать специальные правила оформления, которые позволят исполнителю распознать команды и определить последовательность их выполнения.

/* это название алгоритма */

/* эта скобка обозначает начало алгоритма */

посадить репку /*команда заканчивается знаком ;*/

вырастить репку;

пытаться вытащить репку;

позвать Бабку; пытаться вытащить репку;

позвать Внучку; пытаться вытащить репку;

позвать Жучку; пытаться вытащить репку;

позвать Кошку; пытаться вытащить репку;

позвать Мышку; вытащить репку;

/* здесь алгоритм заканчивается */

Исполнителем для этого алгоритма является дед — именно он должен выполнять эти команды.

Алгоритм можно записать разными способами и даже на разных языках. Хотя при этом исполнитель может, конечно, их не понять. Есть специальные виды исполнителей алгоритмов — компьютеры. Они выполняют программы.

¨ Программа – это алгоритм, записанный в форме, понятной компьютеру.

Каждый шаг в программе Репка, в свою очередь, тоже можно расшифровать – составить более подробный план и оформить в качестве вспомогательного алгоритма. При решении задач по алгоритмизации в основном действуют по следующему сценарию (алгоритму) составляют общий алгоритм, некоторые этапы решения детализируют до уровня СКИ исполнителя и выделяют в отдельные вспомогательные алгоритмы (подпрограммы). Такой подход называется разработкой программы сверху-вниз. Детализация заключалось в том, что мы стремимся решить более мелкие задачи через линейные, условные и циклические алгоритмические структуры. Такой подход называется структурным программированием.

Положения структурного программирования следующие:

1. Любая программа представляет собой структуру, построенную из трёх типов базовых конструкций:

§ последовательное исполнение— однократное выполнение операций в том порядке, в котором они записаны в тексте программы;

§ ветвление— однократное выполнение одной из двух или более операций, в зависимости от выполнения некоторого заданного условия;

§ цикл— многократное исполнение одной и той же операции до тех пор, пока выполняется некоторое заданное условие (условие продолжения цикла).

В программе базовые конструкции могут быть вложены друг в друга произвольным образом, но никаких других средств управления последовательностью выполнения операций не предусматривается.

2. Повторяющиеся фрагменты программы (либо не повторяющиеся, но представляющие собой логически целостные вычислительные блоки) могут оформляться в виде т. н. подпрограмм. В этом случае в тексте основной программы, вместо помещённого в подпрограмму фрагмента, вставляется инструкция вызова подпрограммы. При выполнении такой инструкции выполняется вызванная подпрограмма, после чего исполнение программы продолжается с инструкции, следующей за командой вызова подпрограммы.

На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:

· словесная (записи на естественном языке);

· графическая (изображения из графических символов);

· псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);

· программная (тексты на языках программирования).

В настоящее время действует единая система программной документации (ЕСПД), которая устанавливает правила разработки, оформления программ и программной документации.

В пределах одной схемы рекомендуется изображать блоки одинаковых размеров. Все блоки нумеруются. Линии, соединяющие блоки и указывающие последовательность связей между ними, должны проводится параллельно линиям рамки. Стрелка в конце линии может не ставиться, если линия направлена слева направо или сверху вниз. В блок может входить несколько линий, то есть блок может являться преемником любого числа блоков. Из блока (кроме логического) может выходить только одна линия. Логический блок может иметь в качестве продолжения один из двух блоков, и из него выходят две линии. Если на схеме имеет место слияние линий, то место пересечения выделяется точкой. В случае, когда одна линия подходит к другой и слияние их явно выражено, точку можно не ставить.

Блок-схема состоит из отдельных элементов, они называются блоки. Блок-схема обязательно начинается с блока НАЧАЛО (скругленный прямоугольник). Затем идут другие блоки. Блок в форме параллелограмма, называется блоком ввода. Сюда помещаются исходные данные. В блоке Процесс (прямоугольник) записываются действия. Результат записываем в блоке вывода. Он выглядит также как блок ввода. В конце блок-схемы находится блок КОНЕЦ. Все блоки соединяются между собой стрелочками от начала к концу. Символы блок-схем:http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BB%D0%BE%D0%BA-%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0

Методическая схема:

Исполнители, изучаемые в начальной школе ориентированы на структурное программирование, в соответствии с которым введены СКИ и команды управления выполнением операций (операторы): последовательное выполнение(линейный алгоритм), условные и циклические операторы.

Изучение раздела «Алгоритмы и исполнители» в первую очередь направлено на развитие алгоритмического мышления и тем самым формирование межпредметных компетенций.

Изучение содержательной линии «Алгоритмы и исполнители» в соответствии с Программой предусмотрено во 2, 3, 4 классах.

Как видно из приведенных выдержек алгоритмической линии из программы «Сходинки до інформатки» во 2-классе происходит формирование понятия «алгоритма»; в 3-классе – формирование понятий «исполнитель» и «программа», написание линейных алгоритмов; в 4-классе – формирование понятия «высказывание», написание программ для алгоритмов с ветвлениями и циклических алгоритмов.

В учебно-развивающем программном пакете «Сходинки до інформатики» для начальной школы введены следующие исполнители:

· Садовник (моделирования процесса посадки деревьев. Его система команд обеспечивает выполнение как линейных алгоритмов, так и алгоритмов с повторением);

· Погрузчик (установка на корабль груза перед выходом из порта);

· Кенгуру (выполняет алгоритмы для графических построений);

· Осьминожка (может двигаться полем в клетку между коралловыми препятствиями и закрашивать ячейки в разные цвета).

Выполнение алгоритмов осуществляется как пошагово, так и по предварительно записанной программе.

Для учащихся 3 класса предлагается знакомство с исполнителями алгоритмов "Садовник" и "Погрузчик", работа с которыми осуществляется в пошаговом режиме.

При работе с программой "Ханойская башня" обсуждается потребность в эффективном алгоритме, т.е. таком, в котором результат может быть достигнут за наименьшее количество шагов.

В 4 классе продолжается знакомство с алгоритмами, рассматриваются алгоритмические структуры, формируются навыки разработки блок-схем алгоритмов и составления программ для различных исполнителей. Для реализации названных задач можно предложить следующую методическую последовательность.

После повторения понятий "команда" и "алгоритм" учащиеся упражняются в составлении алгоритмов при решении задач бытового характера и алгоритмов, отвечающих правилам выполнения учебных заданий по разным школьным предметам. На первом этапе рассматриваются линейные алгоритмы, хотя сам этот термин явно ученикам не называется.

Для графического изображения алгоритмов вводится понятие блок-схемы. Сначала вводятся элементы блок-схем в виде прямоугольников, внутри которых записывают команды. Далее предлагаются элементы в виде овалов для обозначения начала и конца алгоритмов. Позже при знакомстве с циклическими алгоритмами вводится элемент ромб для обозначения команды проверки условия.

Учащимся можно предложить разработать алгоритмы для выполнения различных повторяющихся бытовых действий по использованию циклических структур: мытье посуды, изготовление бумажных гирлянд для новогодней елки и др.

Для пропедевтики введение понятия цикла рекомендуется выполнить упражнения, в которых будут повторяться действия усилиями Садовника посадить строку саженцев, выполнить построение одинаковых фигур с помощью Кенгуру, закрасить несколько одинаковых областей на поле Осьминожки.

Последней изучается команда ветвления. Примеры алгоритмов с ветвлением могут быть построены на основе правил правописания слов в украинском языке или на основе различных жизненных ситуаций, в которых нужно принимать решения и которые могут быть описаны предложениями в форме "если ..., то" или "если ..., то ..., иначе ... ". НЕ отмечаются, но на примерах демонстрируются особенности полной и сокращенной форм команды ветвления. Лишь один из исполнителей - Осьминожка - имеет в своей системе команд структуру ветвления, а потому обеспечивает выполнение алгоритмов с ветвлением.

Ознакомление с каждой алгоритмической структурой осуществляется по схожей схеме: приведение примеров алгоритмов соответствующей структуры, выяснения ключевых слов для записи структуры и их обозначений на блок-схемах, реализация системы упражнений на выполнение, отыскания и исправления ошибок, конструирования и видоизменение алгоритмов. В ходе выполнения упражнений учащиеся учатся анализировать ситуации, синтезировать, сравнивать и оценивать результаты. Формируется алгоритмическое и структурно-логическое мышление школьников.

12 Следующая ⇒