Лабораторна робота №

Тема: Початкове вивчення основ алгоритмізації та програмування в шкільному курсі інформатики. Використання виконавців в прцесі вивчення основ алгоритмізації.

Мета:

• проаналізувати питання добору мови програмування, найбільш доцільної і зручної для початкового навчання учнів.

• оволодіти методикою вивчення навчальної алгоритмічної мови. Визначити основні переваги цієї мови;

• сформувати уявлення про виконавців, їх різноманіття; сформувати у учнів навички роботи з різними виконавцями;

Розділ "Основи алгоритмізації та програмування" шкільного курсу інформатики має неабияке методологічне значення. Він розкриває важливість алгоритмів, їх роль у функціональному зв'язку понять "інформація-алгоритм-комп'ютер", що визначають процес автоматичного опрацювання інформації. На прикладах демонструється можливість формального виконання алгоритму, елементарність дій, що задаються на виконання виконавцеві за кожною вказівкою алгоритму. Тим самим підкреслюється можливість передавання виконання формально описаного алгоритму виконавцеві-машині, тобто можливість автоматизації діяльності людини на основі алгоритмів. А вивчення алгоритмічної мови дозволяє познайомити учнів 'з формалізованим записом алгоритмів. тим самим розширити їхні уявлення про засоби описування алгоритмів

Сучасний підхід до вивчення основ алгоритмізації повинен будуватися на таких основних положеннях:

1. Процес вивчення основ алгоритмізації слід орієнтувати на використання комп'ютера як дидактичного засобу навчання.

2. Метою вивчення основ алгоритмізації є виділення змісту реального об'єкта - алгоритму - і правил його побудови, а не вивчення конкретної алгоритмічної мови. Алгоритмічна мова – це лише один із багатьох засобів формального подання алгоритмів.

Питання добору мови програмування, найбільш доцільної і зручної для початкового навчання учнів, розглядалось в роботах багатьох науковців, де пропонувались різні шляхи розв'язування цього питання:

1. Вивчення однієї чи кількох мов програмування, які широко розповсюджені при розв'язуванні наукових і виробничих завдань.

2. Вивчення програмування машиноорієнтованими мовами.

3. Вивчення мови схем, освоєння конкретних мов програмування і схем.

4. Навчання на основі спеціально розробленої навчальної алгоритмічної мови.

Особливого значення набуває методика вивчення навчальної алгоритмічної мови. Виділимо основні переваги цієї мови:

1. Навчальна алгоритмічна мова добре узгоджується з принципами структурною програмування, які вважаються "універсальною методологією програмування". Запис алгоритмів навчальною алгоритмічною мовою дає можливість досягти досить значної наочності і оглядовості логічної структури обчислювальних процесів. Завдяки цьому описи алгоритмів навчальною алгоритмічною мовою зручні для читання, що в дидактичному плані є досить важливим.

2. Алгоритмічна мова відносно близька до природної мови, що дозволяє учням швидко оволодіти правилами цієї мови і надалі зосередити основну увагу на пошуках методів і засобів розв'язування різноманітних задач. При вивченні її фактично не витрачається час на синтаксичні деталі, що дозволяє учням зосереджувати основну увагу на сутності та логічній структурі алгоритмів, що вивчаються. Цьому сприяє також використання слів рідної мови для запису заголовка алгоритму і основних вказівок та службових слів, а також стандартної математичної символіки алгебри, математичної логіки.

3. Навчальна алгоритмічна мова містить правила описування всього чотирьох типів вказівок - вказівок про надання значення, про розгалуження, про повторення і вказівку про виконання алгоритму(яку часто називають також вказівкою звернення до алгоритму), що дозволяє не перевантажувати пам'ять учнів численними варіаціями використання тих чи інших операторів, другорядними деталями різних конструкцій мови, що є дуже важливим з методичних міркувань. Можливість записувати і сприймати великі фрагменти складного алгоритму як одну команду забезпечує легкість орієнтації у записі алгоритму навчальною алгоритмічною мовою.

4. Навчальна алгоритмічна мова є відкритою системою, яка може розвиватися і доповнюватися при необхідності, допускає виділення в ній функціонально замкнутих підмножин, які забезпечують конструювання алгоритмів основних типів обчислювальних процесів.

5. Точність і однозначність описів алгоритмів навчальною алгоритмічною мовою дозволяє використовувати описи для подальшого програмування, тобто перекладати алгоритми з навчальної алгоритмічної мови на конкретну мову програмування. Причому алгоритми, які описані навчальною алгоритмічною мовою, можна піддавати закономірним перетворенням, не порушуючи їх правильності, що в свою чергу дозволяє одержувати із опису алгоритму програму, яка більш пристосована для розв'язування задачі за допомогою комп'ютера.

6. Алгоритми, описані навчальною алгоритмічною мовою, досить зручні для виконання їх людиною, що дає можливість перевіряти правильність їх написання для розв'язування відповідних задач. Виконуючи операції відповідно до команд алгоритмічної мови, учень може самостійно випробувати на собі, що під час виконання окремих кроків алгоритму немає необхідності розуміти задачу загалом, важливо лише точно виконувати команду за командою. Звідси досягається ще одна мета: розуміння того, що всі дії можна виконувати за допомогою автоматичного пристрою.

Методика навчання учнів описувати алгоритми навчальною алгоритмічною мовою повинна базуватися на наступних положеннях.

1. Паралельно з вивченням правил описування основних вказівок навчальною алгоритмічною мовою повинні вивчатися основні правила їх графічного подання. При розгляді нових типів алгоритмів і складних алгоритмів їх доцільно подавати спочатку за допомогою графічних схем, а потім навчальною алгоритмічною мовою.

2. Елементи навчальної алгоритмічної мови, основні службові слова і описи вказівок повинні вводитися поступово, за мірою їх необхідності для побудови алгоритмів різних обчислювальних процесів. Спочатку доцільно вивчити правила оформлення опису заголовка алгоритму. Знання цього і вказівок про надання значення дасть можливість описувати навчальною алгоритмічною мовою алгоритми лінійної структури. На наступному етапі вивчення навчальної алгоритмічної мови вводиться поняття вказівки про виконання раніше вже описаного алгоритму (чи звернення до алгоритму), правила її опису і виконання. Далі вивчається команда повторення, що дає можливість розширити знання і вміння учнів стосовно оформлення навчальною алгоритмічною мовою описів алгоритмів циклічних процесів. Приєднання потім до цієї підмножини правил мови ще і правил описування повної і скороченої форм вказівок розгалуження і вказівок вибору дозволяє записати навчальною алгоритмічною мовою будь-які алгоритми. Вивчення правил опису навчальною алгоритмічною мовою різних типів даних, зокрема табличних величин, дає можливість проілюструвати на конкретних прикладах конструювання алгоритмів для роботи з величинами різних типів, зокрема, з табличними величинами. Потім вивчаються правила опису вказівок для роботи з літерними величинами і можливість опрацювання графічної інформації.

3. Таке послідовне поетапне розширення знань учнів про правила опису алгоритмів різних обчислювальних процесів та даних відповідних типів повинно супроводжуватися вправами і задачами на закріплення кожного нового поняття. Це відповідає вимогам теорії поетапного формування розумових дій.

Система програмування KUMIR

Kumir (рос КуМир Комплект Учебных МИРов) - система програмування, призначена для підтримки початкових курсів інформатики і програмування в середній і вищій школі.

Особливості системи Kumir

• У системі Kumir використовується шкільна алгоритмічна мова з російською лексикою і вбудованими виконавцями Робот і Кресляр.

• При введенні програми Kumir здійснює постійний повний контроль її правильності, повідомляючи на полях програми про усі виявлені помилки.

• При виконанні програми в покроковому режимі Kumir виводить на поля результати операцій привласнення і значення логічних виразів. Це дозволяє прискорити процес освоєння азів програмування.

• Kumir працює в операційних системах Windows або Linux.

1. Довідник по системі Kumir

1 Вікно системи Kumir

Вікно системи Kumir виглядає так:

Рис.1

Угорі вікна розташовані заголовок вікна, головне меню й панель інструментів; знизу - рядок стану. Рядок стану використається для виводу повідомлень, показу положення курсору, стану системи й т.п.

Вікно розбите на дві основні області: робочу область (угорі) і область виводу-вводу-висновку (унизу). У робочій області розташовується програма, з якої працює система Kumir. Ця область ділиться на дві частини: область програми (ліворуч) і область порядкових повідомлень (праворуч). Область порядкових повідомлень аналогічна полям в учнівських зошитах. У цю область при підготовці програми виводяться повідомлення про помилки, знайдених у кожному рядку, а при виконанні - відомості про значення змінних, привласнюваних у рядку (див. нижче мал. 3).

Як по горизонталі, так і по вертикалі віртуальний розмір усіх текстів не обмежені, підтримується прокручування. Границі між областями вікна можна пересувати мишкою.

Вікно можна звернути-розгорнути, зжатися-розтягти, пересунути й т.п.

2. Стани системи Kumir

У системи Kumir є чотири можливих стани:

· РЕДАГУВАННЯ: происходит подготовка программы, выполне- ния нет.

· ВИКОНАННЯ: происходит выполнение программы, редактирование текста программы запрещено.

· АНАЛІЗ результатов: выполнение завершено, однако все сообщения программы доступны для наблюдения и анализа; по любому действию в об- ласти программы, система переходит в состояние РЕДАКТИРОВАНИЕ, а сооб- щения сбрасываются. Система приходит в состояние АНАЛИЗ после оконча- ния выполнения программы (нормального или аварийного).

· ПАУЗА: выполнение программы приостановлено, но может быть про- должено; редактирование текста программы запрещено. В состояние ПАУЗА система переходит в случае остановки во время выполнения (при вызове встроенной функции «пауза» или после очередного шага при выполнении программы по шагам), см. рис.2.

Рис.2 Вікно системи Kumir у стані ПАУЗА

2. Стани системи Кумир

У системи Кумир є чотири можливі стани:

- РЕДАГУВАННЯ: відбувається підготовка програми, виконання немає.

- ВИКОНАННЯ: відбувається виконання програми, редагування тексту програми заборонене.

- АНАЛІЗ результатів : виконання завершене, проте усі повідомлення програми доступні для спостереження і аналізу; по будь-якій дії в області програми, система переходить в стан РЕДАГУВАННЯ, а повідомлення скидаються. Система приходить в стан АНАЛІЗ після закінчення виконання програми (нормального або аварійного).

- ПАУЗА: виконання програми призупинене, але може бути продолжено; редагування тексту програми заборонене. У стан ПАУЗА система переходить у разі зупинки під час виконання(при виклику вбудованої функції "пауза" або після чергового кроку при виконанні програми по кроках), див рис.2.

Рис.2 Вікно системи Кумир в змозі ПАУЗА

3. Головне меню Системи Кумир.

Меню "Програма" містить наступні пункти:

2. Стани системи Кумир

У системи Кумир є чотири можливі стани:

- РЕДАГУВАННЯ: відбувається підготовка програми, виконання немає.

- ВИКОНАННЯ: відбувається виконання програми, редагування тексту програми заборонене.

- АНАЛІЗ результатів : виконання завершене, проте усі повідомлення програми доступні для спостереження і аналізу; по будь-якій дії в області програми, система переходить в стан РЕДАГУВАННЯ, а повідомлення скидаються. Система приходить в стан АНАЛІЗ після закінчення виконання програми.

Ці пункти мають стандартний для сучасних віконних систем сенс і забезпечують роботу з файлами, в яких зберігаються Kumir-програми, ці файли мають розширення .kum.

Меню "Редагування" містить наступні рядки:

Перші шість рядків мають стандартний сенс і можуть бути виконані за допомогою стандартних акордів, для них(окрім Знайти і замінити.) передбачені інструментальні кнопки

Команда "Закоментувати" додає знак коментаря | в початок кожного виділеного(хоч би частково) рядка. Команда "Раскоментувати" видаляє знак коментаря з початку кожного виділеного рядка. Якщо на початку виділеного рядка не було знаку коментаря, то вміст цього рядка не міняється. Для команд "Закоментувати" і "Раскомментировать" передбачені інструментальні клавіші.

Для того щоб набрати знак коментарю при кириличній розкладці можна набрати акорд Alt+!.

Меню «Вставка».

Меню «Вставка».

За допомогою цього меню в текст програми можна вставляти тексти основних алгоритмічних конструкцій.

Меню "Виконання" містить наступні рядки:

Виконати безперервно - починає(при стані системи РЕДАГУВАННЯ або АНАЛІЗ) або продовжує(при стані системи ПАУЗА) виконання програми. Програма виконується "безперервно", тобто без зупинок між кроками. Виконання програми може бути завершене(нормально, аварійно або по команді "Перервати") або призупинене, якщо в ході виконання виконуватиметься команда введення, або вбудована функція "пауза". Під час виконання на поля виводяться обчислювані значення величин і умов, див рис.3

"Безперервно без показу на полях" - аналогічно "Виконати безперервно" - але без виведення на поля обчислюваних значень величин і умов.

• "КРОК" - Виконує один КРОК програми, і переходить у режим ПАУЗА. Виконання команди виклику алгоритму-процедури трактує як один "КРОК". При запуску в змозі РЕДАГУВАННЯ й АНАЛІЗ зупиняється перед виконанням алг-строки основного алгоритму. Рядок, який виконуватиметься, виділяється кольором.

• "крок" - аналогічно команді "КРОК". Відмінність полягає в обробці команди алгоритму-процедури й обчисленні значення алгоритму-функції(якщо вони є в основній програмі). У цих випадках черговим кроком буде виконання рядка-заголовка допоміжного алгоритму. Надалі команда "крок" або "КРОК" приведе до виконання чергової команди всередині виконуваного допоміжного алгоритму.

• "До кінця алгоритму" - допускається використання тільки в змозі ПАУЗА. Програма виконується безперервно, але зупиняється на першому рядку, що зустрівся, кін(неначе перед нею стоїть виклик функції пауза).

• "Перервати" - перериває виконання програми. Допускається використання тільки в станах ВИКОНАННЯ й ПАУЗА.

Для всіх цих пунктів передбачені акорди й інструментальні кнопки.

Меню "Інфо" містить наступні рядки:

"Величини" - це таблиця містить усі величини, використовувані в програмі. Таблиця є актуальною в кожен момент часу - так, якщо виконання програми проходить при відкритій таблиці величин, то дані в таблиці оновлюються динамічно.

"Алгоритми" - список доступних алгоритмів(включаючи алгоритми користувача).

"Ключові слова" - список ключових слів мови Кумир.

"Мова й система Kumir" - повний опис мови Kumir і системи Kumir;

4. Використання області введення-виведення

На початку виконання програми в полі введення виведення виводиться рядок-заголовок виду(см рис.3) :

• 16: 39: 48 - Нова програма* - Початок виконання

• Далі під цією лінією з'являються всі повідомлення, що виводяться програмою(включаючи відлуння введення, див. нижче). У кінці роботи програми виводиться підсумковий рядок і лінія-роздільник. Передбачений 3 види завершального рядка :

• 1. при нормальному завершенні:

• > 16: 33: 33 - Нова програма* - Виконання завершене

• 2. при помилці виконання :

• > 16: 32: 38 - Нова програма* - ПОМИЛКА ВИКОНАННЯ : утв неправдиво

• 3. при припиненні виконання командою .Перервати.:

• > 16: 30: 51 - Нова програма - Виконання перерване

1. Загальний вигляд алгоритму без параметрів

алг имя

нач

тело алгоритма

кон

Пример: алг Мой первый алгоритм нач вывод "Здравствуй, школа!" кон

Приклади розв’язання деяких завдань.

Завдання 1: необхідно програмно зафарбувати все поле Робота, починаючи з лівого верхнього кута.

Завдання 2: Використовуючи структуру допоміжних алгоритмів і команду повтору "N разів" написати програму, результатом виконання якої має бути зображення, як показано на малюнку(початкове положення пера виконавця в точці з координатами х=0, у=0).

Частина І. Робота з виконавцями алгоритмів.

Завдання для індивідуальної роботи.

За завданням викладача виконати індивідуальні завдання.