3.6. Методика формування алгоритмічного мислення учнів. Використання програм виконавців алгоритмів для формування алгоритмічного мислення учнів

У процесі формування в учнів алгоритмічного мислення в них виробляється уявлення про алгоритм та його властивості, виконавців алгоритму, з'ясовуються форми подання алгоритмів, забезпечується розуміння школярами основних алгоритмічних структур. Учні опановують навички складання алгоритмів, покрокового їх виконання, структурування власної діяльності. Ці уявлення та навички засвоюються учнями поступово, через виконання ними системи вправ, протягом усього періоду навчання в початковій школі.

Формування алгоритмічного мислення молодших школярів починається з усвідомлення послідовності виконання математичних дій, правил граматики та орфографії, що є пропедевтикою для введення понять команди та алгоритму. У початковому курсі інформатики у 2-му класі не називають термін «алгоритм», але пояснення особливостей роботи в комп'ютерних програмах наводиться у формі опису окремих кроків, виконання яких призводить до певного результату.

Поняття команди та алгоритму в явному вигляді вводиться у 3-му класі. Термін «команда» пояснюється з опорою на знання з української мови як речення, що спонукає до дії. Учням пропонується запропонувати власні команди, при цьому учитель повинен звертати увагу на те, щоб приклади наводились у вигляді спонукальних речень. Команди призначені для виконання певними виконавцями. Наведені учнями приклади уточнюються, з'ясовуються виконавці, які здатні виконувати запропоновані команди, визначається їх система команд. У ході обговорення увага звертається на те, що виконавцями команд можуть бути як живі, так і неживі істоти – чарівні речі з казок, побутові прилади, комп'ютер.

Після ознайомлення з командами та виконавцями, вводиться поняття алгоритму як послідовності команд, а кроки алгоритму – це команди виконавцю. Одночасно для поняття «алгоритм» пропонуються синоніми: текст-інструкція, рецепт, правило виконання дій та граматичних завдань. Як приклади алгоритмів наводяться казкові ситуації, кулінарні рецепти, послідовність проходження турнікету в метро, правила складання візерунків та орнаментів, виконання обчислювальних ланцюжків, проходження певних частин шляху з використанням дорожніх знаків, правила проведення народних обрядів, дитячих ігор і багато інших.

Н

Рис. 43. Завдання на складання алгоритму

а першому етапі ознайомлення з новими поняттями. Завданнями є складання ігрових і побутових алгоритмів, алгоритмів розв'язання логічних задач. Учням пропонується придумати власного виконавця та команди, які він зможе виконувати. Закріплюється поняття алгоритму на прикладі навчального матеріалу з різних предметів шкільного курсу. Учні розробляють алгоритми для визначення будови слова на уроках української мови, порядку опису тварини на уроках природознавства, і тощо.

У програмному комплексі «Сходинки до інформатики» реалізовані чотири виконавці алгоритмів «Садівник», «Навантажувач», «Кенгуру», «Восьминіжка». Виконання алгоритмів здійснюється як покроково, так і за попередньо записаною програмою. Поняття програми вводиться на інтуїтивному рівні як алгоритм, який від початку до кінця занотовується у вигляді плану дій, а потім виконавець опрацьовує та за можливості виконує всі команди.

Виконавець «Садівник» має систему команд, що дозволяє висаджувати саджанці, задля чого викопується ямка, встановлюється саджанець, поливається водою та ін. «Навантажувач» призначений для встановлення на корабель вантажу перед виходом з порту. «Кенгуру» виконує алгоритми для графічних побудов. «Восьминіжка» може рухатися по полю в клітинку між кораловими перешкодами та зафарбовувати клітинки в різні кольори.

Для учнів 3-го класу пропонується ознайомлення з виконавцями алгоритмів «Садівник» та «Навантажувач», робота з якими здійснюється и командному режимі.

Д

Рис. 44. Завдання на складання блок-схеми алгоритму

ля формування навичок дій за алгоритмом пропонується ознайомлення з програмою «Ханойська вежа» та виконання закладеного в ній алгоритму. У процесі роботи з програмою обговорюється потреба в найбільш оптимальному алгоритмі, тобто такому, у якому результат може бути досягнутий за найменшу кількість кроків.

У 4-му класі продовжується ознайомлення з алгоритмами, розглядаються алгоритмічні структури, формуються навички розробки блок-схем алгоритмів та складання програм для різних виконавців. Для реалізації названих завдань можна запропонувати таку методичну послідовність.

Після повторення понять «команда» та «алгоритм» учні вправляються у складанні побутових алгоритмів та алгоритмів, що відповідають правилам виконання навчальних завдань з різних шкільних предметів. На першому етапі розглядаються лінійні алгоритми, хоча сам цей термін явно учням не називається.

Для графічного зображення алгоритмів вводиться поняття блок-схеми. Пропонується виконання вправ на розробку блок-схем алгоритмів з курсу української мови, математики та інших предметів. Спочатку вводяться елементи блок-схем у вигляді прямокутників, всередині яких записують команди. Далі пропонуються елементи у вигляді овалів для позначення початку та кінця алгоритмів. Пізніше під час ознайомлення з циклічними алгоритмами буде введений елемент ромб для позначення команди перевірки умови.

У сі виконавці комплексу «Сходинки до інформатики» можуть виконувати лінійні алгоритми. Роботу з ними доцільно починати у режимі покрокового виконання, після чого переходити до запису програм.

Д

Рис. 45. Завдання на складання блок-схеми алгоритму

ля пропедевтики введення поняття циклу рекомендується виконати вправи, у яких будуть повторюватись дії: зусиллями Садівника посадити рядок саджанців, виконати побудову однакових фігур за допомогою Кенгуру, зафарбувати декілька однакових областей на полі Восьминіжки. У виконавця Навантажувач є можливість пересунутись на визначену кількість кроків ліворуч або праворуч, що імітує виконання циклу з лічильником.

Після опрацювання лінійних алгоритмів вводиться поняття циклу – частини алгоритму, яка повторюється кілька разів. Учні розглядають побутові та навчальні циклічні алгоритми, складають для них блок-схеми. Команда перевірки умови в циклах має форму запитання, відповідь на яке може бути «так» чи «ні», наприклад: «Малюнки залишилися?», «Кошик повний?» тощо.

Н е називаючи їх явно, опрацьовуються три види циклів: з передумовою, з післяумовою та з лічильником. Першим пропонується цикл з післяумовою. Він передбачає обов'язкове одноразове виконання дій, після чого потреба у повторенні буде визначатися відповіддю на запитання з умови циклу. На прикладі математичного алгоритму, що реалізує дію множення за допомогою додавання, уводиться варіант циклу з передумовою. Учням можна запропонувати розробити алгоритми для виконання різних повторюваних побутових дій на основі названих видів циклів: миття посуду, виготовлення паперових гірлянд для новорічної ялинки та ін. Цикл із лічильником зручніше опрацьовувати не на прикладі блок-схем, а звертаючись до виконавців з програмного комплексу «Сходинки до інформатики».

Садівник, Кенгуру та Восьминіжка здатні виконувати циклічні алгоритми, записані у вигляді програми. Для них можуть бути розроблені цикли з післяумовою, що визначаються ключовими словами «повтори ... поки», наприклад: «повтори ... поки не край поля», «повтори ... поки є саджанці», «повтори ... поки зліва вільно».

І

Рис. 46.Виконавець «Восьминіжка»

ншим видом циклу є цикл із лічильником. Він має форму «повтори …N разів» і також реалізований для всіх трьох виконавців. Вони здатні виконати визначену послідовність команд наперед задане число разів.

Цикл з передумовою доступний лише одному виконавцю – Восьми-ніжці. Ключові слова у цьому циклі «повтори поки ... все». Виконавець вміє перевіряти наявність або відсутність перешкод у кожному з 4 напрямків, а також з'ясовувати, зафарбована чи ні клітинка поля.

Останньою вивчається команда розгалуження – команда, у якій перевіряється умова, і розглядаються розгалужені алгоритми.

Приклади розгалужених алгоритмів можуть бути побудовані на основі правил правопису слів в українській мові або на основі різних життєвих ситуацій, у яких потрібно приймати рішення і які можуть бути описані реченнями у формі «якщо ..., то» або «якщо ..., то ..., інакше ...».

Не наголошуються, але на прикладах демонструються особливості повної та скороченої форм команди розгалуження.

Л ише один з виконавців – Восьминіжка – має у своїй системі команд структуру розгалуження, а тому здатен виконувати розгалужені алгоритми.

Ознайомлення з кожною алгоритмічною структурою здійснюється за схожою схемою: наведення прикладів алгоритмів відповідної структури, з'ясування ключових слів для запису структури та їх позначень на блок-схемах, реалізація системи вправ на виконання, відшукування та виправлення помилок, конструювання та видозміни алгоритмів.

У

Рис. 47. Блок-схема алгоритму

ході виконання вправ учні вчаться аналізувати ситуації, синтезувати, порівнювати та оцінювати результати. Формується алгоритмічне та структурно-логічне мислення школярів.

Неявно оговорюються властивості алгоритмів. Під час побудови блок-схем алгоритмів здійснюється виділення окремих команд, виконання яких відбувається в певній послідовності, почергово, що демонструє властивість «дискретність». Алгоритми, що описують правила правопису в українській мові, відображають властивість «масовість», оскільки можуть бути застосовані до цілого класу однотипних слів. Обчислювальні алгоритми, спрямовані на відшукування результату, і результативність, є однією з основних властивостей алгоритму.