75 Методика обучения линии алгоритмизации и программирования. Изучение понятия алгоритма.
В проекте стандарта и обязательном минимуме по информатике содержание алгоритмической линии определяется через следующий перечень понятий: алгоритм, свойства алгоритмов, исполнители алгоритмов, система команд исполнителя; формальное исполнение алгоритмов; основные алгоритмические конструкции; вспомогательные алгоритмы.
Изучение алгоритмизации в школьной информатике может иметь два целевых аспекта: первый – развивающий аспект, под которым понимается развитие алгоритмического мышления учащихся; второй – программистский аспект. Составление программы для ЭВМ начинается с построения алгоритма; важнейшим качеством профессионального программиста является развитое алгоритмическое мышление.
Вопрос о месте темы программирования в базовом курсе остаётся дискуссионным. В различных версиях обязательного минимума этот вопрос решается по – разному. Здесь также можно говорить о двух целевых аспектах, с которыми связано изучение программирования в школе. Первый аспект связан с усилением фундаментальной компоненты курса информатики. Ученикам дается представление о том, что такое языки программирования, что представляет собой программа на языках программирования высокого уровня, как создается программа в среде современной системы программирования. Получив представление о языке машинных команд на материале учебных компьютеров и о языках высокого уровня, ученики будут осознанно воспринимать понятие «трансляция».
Второй аспект носит профориентационный характер. Изучение программирования в рамках школьного курса позволяет ученикам испытать свои способности к такого рода деятельности. Безусловно, в большей степени эту задачу может решать профильный курс информатики в старших классах.
Методика введения понятия алгоритма
Изучаемые вопросы:
Определение алгоритма;
Свойства алгоритма;
Типы алгоритмических задач.
Определение и свойства алгоритма. В учебниках дается следующее определение алгоритма: «Алгоритм – понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящих от исходных данных к искомому результату».
В этом определении содержатся исходные понятия, связанные с алгоритмом и его главные свойства.
Центральным объектом в этой системе является ИСПОЛНИТЕЛЬ алгоритмов. Исполнитель – это тот объект (или субъект), для управления которым составляется алгоритм. Основной характеристикой исполнителя, с точки зрения управления, является система команд исполнителя (СКИ). Это конечное множество команд, которые понимает исполнитель, т. е. Умеет их исполнять.
Для выполнения всякой работы, решения поставленной задачи исполнитель на входе получает алгоритм и исходные данные, а на выходе получает требуемые результаты. Алгоритм может включать в себя только команды, входящие в СКИ. Это требование к алгоритму называется свойством понятности.
Другое свойство алгоритма – точность. Всякая команда должна быть сформулирована так, чтобы определить однозначное действие исполнителя. Например, кулинарный рецепт можно рассматривать как алгоритм для исполнителя – повара по приготовлению блюда. Но если одним из пунктов в нем будет написано: «Положить несколько ложек сахара», то это пример неточной команды. Сколько ложек? Каких ложек (чайных, столовых)?
Работа исполнителя состоит в последовательном формальном выполнении команд алгоритма. Отсюда следует вывод о возможности создания автоматических исполнителей. В частности, таким автоматическим исполнителем алгоритмов по обработке информации является компьютер. Конечность. Это свойство определяет, что каждое действие в отдельности и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения
Бесконечно исполняемый алгоритм безрезультатен. Поэтому свойство конечности называют еще результативностью алгоритма.
Дискретность. Это свойство указывает, что любой алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке.
Детерминированность. Это свойство указывает, что любое действие алгоритма должно быть строго и недвусмысленно определенно в каждом случае. Например, если к остановке подходят автобусы разных маршрутов, то в алгоритме должен быть указан конкретный номер маршрута -5. кроме того, необходимо указать точное количество остановок, которое надо проехать, - скажем, три.
Массовость. Это свойство показывает, что один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными.
Результативность. Это свойство требует, чтобы в алгоритме не было ошибок.
Алгоритм, заданный словесно, в виде таблицы или графически (блок-схемой), может быть обработан с помощью ЭВМ только в том случае, если он переведен на некоторый язык программирования. Выбор языка зависит от многих факторов как объективных, так и субъективных: наличие техники, ПО, наличия литературы.
Блок-схема – это графическое представление алг-ма, каждое действие алг-ма записыв-ся соответствующей геометрической фигурой.
Начало алг-ма
Конец алг-ма
Арифметическое
действие или группа действий
Выбор
действия в зависимости от истинности
или ложности; в программе соотв.
Операторам условного перехода и конструкциям цикла while и Repeat.
Повторение
действий заданное кол-во раз;
в программе
соответствует конструкции цикла FOR.
ввод значений
переменных с клавиатуры
вывод значений
переменных и текста на экран
направление
вычисления сверху вниз или слева направо
направление
вычисления снизу вверх и справа налево
точка разрыва в
схеме
Различают следующие типы алгоритмов: линейный, разветвляющийся, циклический.
Линейный алгоритм не содержит логических условий и им одну ветвь вычислений
Разветвляющийся алгоритм содержит одну или несколько ветвей вычисления.
Циклический алгоритм содержит многократно повторяемые части.
Составить алгоритм и написать программу, которая выводят y=x2 в диапазоне от -10 до 10, с шагом 0,5.
Наиболее полно тема раскрывается в учебнике Шауцуковой Л. З.
В списке учебных элементов темы насчитывается 19 понятий: исполнитель алгоритма, данные, алгоритм, свойства алгоритма, словесный способ, блок-схема, псевдокод, итерационный алгоритм, вложенный цикл алфавит, синтаксис, семантика, математическая модель, , алгоритмические конструкции, язык программирования, язык ассемблера, отладка программ, тестирование, сопровождение программ.
Это позволяет нам положить изучение данной темы 19 часов в 8-9 классах (по стандарту). Для 10-11 классов данная тема рассматривается в отдельных вопросах.
В данном учебнике дано следующее определение алгоритма – заранее заданное понятное и точное предписание возможному исполнителю совершить определенную последовательность действий получения решения задачи за конечное число шагов.
Указания на выполнение каждого отдельного действие названо командой, а «совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя». В качестве основного свойства алгоритма подчеркивается формальный характер работы исполнителя при его выполнении. Отсюда делается вывод о том, что исполнительным алгоритма может быть автомат (машина, робот). На этой идее основан принцип программного управления работы компьютера, поскольку программа-это и есть алгоритм, представленные на языке, «понятном» компьютеру - на языке программирования.
В задачах вычислительного характера в качестве метода работы исполнителя предлагается заполнение таблицы значения. В программировании такие таблицы принято называть трассировочными.
Наряду с использованием алгоритмического языка для описания алгоритмов в учебнике Шауцуковой Л. З. активно используются блок-схемы. Подчеркивается необходимостью стандартного изображения блок-схем, чего также требует методика структурного подхода к программированию.
Основные типы учебных алгоритмических задач. Для закрепления основных понятий, связанных с определением алгоритма, полезно рассмотреть с учениками несколько заданий следующего содержания:
выполнить роль исполнителя: дан алгоритм, формально исполнить его;
определить исполнителя и систему команд для данного вида работы;
в рамках данной системы команд построить алгоритм;
определить необходимый набор исходных данных для решения задачи.
Требования к знаниям и умениям учащихся по линии алгоритмизации и программирования
Учащиеся должны знать:
Что такое алгоритм; какова роль алгоритма в системах управления;
В чем состоят основные свойства алгоритмов;
Способы записи алгоритмов: блок – схемы, учебный алгоритмический язык;
Основные алгоритмические конструкции: следование, ветвление, цикл, структуры алгоритмов;
Назначение вспомогательных алгоритмов; технологии построения сложных алгоритмов;
Основные свойства величин в алгоритмах обработки информации: что такое имя, тип, значение величины; смысл присваивания;
Назначение языков программирования;
Правила представления данных на одном из языков программирования высокого уровня;
Правила записи основных операторов: ввода, вывода. Присваивания, цикла, ветвления;
Правила записи программы;
Назначение систем программирования;
Содержание этапов разработки программы: алгоритмизация – кодирование – отладка – тестирование.
Учащиеся должны уметь:
Пользоваться языком блок – схем, понимать описания алгоритмов на учебном алгоритмическом языке;
Выполнять трассировку алгоритма для известного исполнителя;
Составлять несложные линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы управления одним из учебных исполнителей;
Выделять подзадачи; определять и использовать вспомогательные алгоритмы;
Составлять несложные программы решения вычислительных задач с целыми числами;
Программировать простой диалог.