§3. Методика обучения алгоритмизации на учебных исполнителях, работающих «в обстановке»

Обучение методам построения алгоритмов - один из наиболее отработанных разделов школьной информатики. Традиционно применяемым дидактическим средством в этом разделе являются учебные исполнители алгоритмов, которые удовлетворяют следу­ющим условиям:

• это должен быть исполнитель, работающий «в обстановке»;

• этот исполнитель должен имитировать процесс управления некоторым реальным объектом (Черепахой, Роботом и др.);

• в системе команд исполнителя должны быть все структурные команды управления (ветвления, циклы);

• исполнитель позволяет использовать вспомогательные алго­ритмы (процедуры).

Последние два пункта означают, что на данном исполните­ле можно обучать структурной методике алгоритмизации. Вся­кое педагогическое средство должно соответствовать поставлен­ной учебной цели. Главной целью раздела алгоритмизации явля­ется овладение учащимися структурной методикой построения алгоритмов.

Обучение алгоритмизации. Обучение алгоритмизации (програм­мированию) для исполнителя нужно строить на последователь­ности решаемых задач. Эта последовательность должна определяться следующими принципами:

• от простого к сложному — постепенное усложнение задач;

• новизна — каждая задача вносит какой-то новый элемент зна­ний (новая команда, новый прием программирования);

• наследование — следующая задача требует использования зна­ний, полученных при решении предыдущих задач.

В учебнике [11] рассматривается последовательность задач, ко­торая позволяет ученикам осваивать приемы алгоритмизации в таком порядке:

• составление линейных алгоритмов;

• описание и использование вспомогательных алгоритмов;

• составление циклических алгоритмов;

• использование ветвлений в алгоритмах;

• использование метода последовательной детализации при со­ставлении сложных алгоритмов.

Разобравшись в рассмотренных задачах, выполнив самосто­ятельные задания аналогичного типа, ученики должны усвоить два основных принципа структурной методики алгоритмизации (структурного программирования);

1. всякий алгоритм может быть построен с использование грех типов управляющих структур: следование, ветвление, цикл;

2. при построении сложных алгоритмов следует применять ме­тод последовательной детализации.

Способы описания алгоритмов. Традиционно в школьной ин­форматике используются два способа описания алгоритмов: блок- схемы и учебный алгоритмический язык. В базовом курсе инфор­матики необходимо использовать обе эти формы. Основное досто­инство блок-схем - наглядность алгоритмической структуры. Од­нако это качество проявляется лишь в том случае, если изображе­ние блок-схемы происходит стандартным способом. Основным следствие освоения учениками структурной методики должно стать умение при построении алгоритмов «мыслить структурами». На­пример, исходя из условия задачи делать следующие выводы: «Ал­горитм решения данной задачи будет представлять собой два вло­женных цикла, или цикл с вложенным ветвлением, или два по­следовательных цикла» и т. п. Структурно изображенные блок-схемы помогают такому видению алгоритма. Сравним, например, две блок-схемы, изображенные на рис. 1(а,б).

На первый взгляд, трудно понять, что на них изображен один и тот же алгоритм. Из схемы на рис. 1, а четко видна его структура: цикл - пока с вложенным ветвлением. В схеме на рис. 1, б довольно сложно увидеть эту же структуру. Схема на рис. 1,а изображена стандартно, схема на рис. 1, б - произвольно.

Алгоритмический язык — это текстовая форма описания алго­ритма. Она ближе к языкам программирования, чем блок-схемы. Однако, это еще не язык программирования. Поэтому строгого синтаксиса в алгоритмическом языке нет. Для структурирования текста алгоритма на АЯ используются строчные отступы. При этом соблюдается следующий принцип: все конструкции одного уров­ня вложенности записываются на одном вертикальном уровне, вложенные конструкции сметаются относительно внешней впра­во. Соблюдение этих правил улучшает наглядность структуры ал­горитма, однако не дает такой степени наглядности, как блок- схемы.

Алгоритм на русском алгоритмическом языке в общем виде записывается в форме:

алг название алгоритма (аргумент и результат)

дано условия применимости алгоритма

надо цель выполнения алгоритма

нач описание промежуточных величин

| последовательность команд (тело алгоритма)

кон

В записи алгоритма ключевые слова обычно подчёркивались либо выделялись полужирным шрифтом. Для выделения логических блоков применялись отступы, а парные слова начала и конца блока соединялись вертикальной чертой.

Система КуМир.

Во второй главе будут рассмотрены задания в системе КуМир, поэтому рассмотрим ее особенности.

Система КуМир разработана исходя из потребностей российского образования:

1. Свободно распространяемая

2. Многоплатформенная

3. Нулевые требования к ресурсам

4. Поддерживается российской академией наук

5. В числе разработчиков – авторы многих учебников и учебных пособий по информатике.

Система КуМир нацелена на проведение эффективного практикума по основам алгоритмизации.

1. Простой язык, интегрированная среда.

2. Постоянная полная диагностика синтаксиса в процессе редактирования программы.

3. Возможность автоматической проверки при самостоятельной работе.

При подготовке заданий для учащихся, в «учительском» режиме КуМира при редактировании программы можно делать невидимыми или неизменяемыми некоторые строки. КуМир позволяет создать файл-задание, скомпонованное из шаблона – заготовки программы, которую можно дописать и блока тестирования.

КуМир может быть использован на любом количестве компьютеров в любых целях без получения каких-либо дополнительных разрешений.

В КуМире несколько исполнителей.

Исполнитель Кузнечик.

СКИ:

вперед 3

назад 2

перекрасить

Среда функционирования: координатная прямая.

Исполнитель Водолей:

СКИ:

∙ наполни А

∙ наполни B

∙ наполни C

∙ вылей А

∙ вылей B

∙ вылей C

∙ перелей из A в B

∙ перелей из A в C

∙ перелей из B в A

∙ перелей из B в C

∙ перелей из C в A

∙ перелей из C в B

Среда функционирования:

Оно содержит три сосуда, обозначенные латинскими буквами «A», «B», «C», а также

верхнюю панель, на котором находится меню «Задание».

Исполнитель Черепашка:

СКИ:

∙ поднять хвост

∙ опустить хвост

∙ вперед (вещ)

∙ назад (вещ)

∙ вправо

∙ влево

Среда функционирования:

Исполнитель Робот:

СКИ:

Команды перемещения:

вверх, вниз, влево, вправо

Робот перемещается на одну клетку вверх, вниз, влево, вправо.

Команда закрасить – закрашивает клетку, в которой стоит Робот.

Проверка истинности условия:

сверху свободно, снизу свободно, слева свободно, справа

свободно

Робот проверяет истинность условия отсутствия стены у той клетки, где находится Робот.

Можно использовать запись составных условий, образованных

логическими операциями И, ИЛИ, НЕ.

Среда функционирования:

В результате обучения учащиеся должны:

• знать (понимать): способы записи алгоритмов: блок-схемы, учебный алгоритмический язык; основные алгоритмические кон­струкции: следование, ветвление, цикл; структуры алгоритмов; назначение вспомогательных алгоритмов; технологии построения сложных алгоритмов: метод последовательной детализации и сбо­рочный (библиотечный) метод.

• уметь: пользоваться языком блок-схем, понимать описания алгоритмов на учебном алгоритмическом языке; выполнить трас­сировку алгоритма для известного исполнителя; составлять не­сложные линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы уп­равления одним из учебных исполнителей; выделять подзадачи; определять и использовать вспомогательные алгоритмы;

• использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни: для развития алгоритмиче­ского мышления.