19. Методика работы с исполнителями.

Для обучение методам построения алгоритмов используется понятие «исполнитель» и «ски» исполнителя, знакомство с программируемыми исполнителями. Традиционно применяемым дидактическим средством в этом разделе являются учебные исполнители алгоритмов. К таким исполнителям можно отнести: КУКАРАЧА, МУРАВЕЙ Г.Н.Гутмана, КЕНГУРЕНОК, реализованный фирмой КУДИЦ. Для изучения подходит любой исполнитель, который удовлетворяет 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.

Цели изучения: Ввести понятие «исполнитель», ввести понятие «ски», формирование логико-алгоритмического мышления учащихся; овладение учащимися структурной методикой построения алгоритмов.

Изучаемые вопросы:

♦ Основные требования к учебным исполнителям алгоритмов.

♦ Описание архитектуры учебного исполнителя.

♦ Типовые учебные задачи.

♦ Способы описания алгоритмов.

Каким бы исполнителем ни пользовался учитель, рекомендуется следовать единой методической схеме обучения.

При описании любого исполнителя алгоритмов необходимо выделять следующие его характеристики: среда, режимы работы, система команд, данные. Совокупность таких характеристик можно назвать архитектурой исполнителя.

Архитектура учебного исполнителя.

• Вначале описывается среда исполнителя (рабочее окно черепахи, КУКАРАЧА и т. д.)

• Режимы работы.

Режим работы - это определенное со­стояние учебного исполнителя, в котором могут выполняться определенные действия. Необходимо в наглядной форме представить ученикам все возможные режимы работ используемого исполнителя.

Режим программного управления следует трактовать как имитацию ситуации, когда объектом управляет компьютер. Роль человека - составление алгоритма, ввод программы и инициализация ее исполнения компьютером.

И, наконец, исполнение может проходить в трех режимах:

- в автоматическом режиме (на экране сразу появляется результат выполнения программы);

- в автоматическом пошаговом режиме;

- в отладочном режиме (исполнение каждой команды запуска отдельно и подробно комментируется мультипликационными средствами).

- система команд исполнителя (СКИ). Систему команд управления исполнителем следует сообщать ученикам не всю сразу, а постепенно, по мере их необходимости для решения задач.

Обучение алгоритмизации.

Первыми заданиями по управлению исполнителем должны быть задачи на работу в режиме прямого управления с целью получить определенный рисунок (слово, в зависимости от выбора исполнителя). Продемонстрируйте ученикам реакцию исполнителя при выполнении команды не входящей в «ски». Исполнитель дает сообщение о невозможности выполнить команду. Обучение программированию для исполнителя нужно строить на последовательности решаемых задач. Очередность задач 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.

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.

Задача 1. (на примере использования исполнителя «черепашка»): составить алгоритм рисования буквы «Т» в центре поля рисунка. Длина горизонтального и вертикального отрезков - 40.

Задача 2. (на примере использования исполнителя «черепашка») естественным образом выводит на идею вспомогательного алгоритма. Задание следующее: составить алгоритм рисования числа «1919». Учитель может поступить следующим образом: предложить ученикам написать алгоритм прежними средствами (с использованием примитивов). Такое задание, очевидно, не вызовет энтузиазма учеников, поскольку принцип им уже понятен, а писать длинный линейный алгоритм довольно скучно. В этой ситуации вполне возможно са­мостоятельное «открытие» учениками идеи вспомогательного ал­горитма. Обратив внимание на то, что в рисунке дважды присут­ствуют цифры «1» и «9», ученики могут прийти к идее отдельного описания алгоритмов рисования этих цифр, а затем использования их для получения четырехзначного числа «1919». После об­суждения этой идеи учитель вводит понятие вспомогательного алгоритма и объясняет, как производится его описание и исполь­зование.

Умение использовать вспомогательные алгоритмы необходимо вырабатывать у учеников как можно раньше, уже на примерах линейных алгоритмов. Важнейший прием алгоритмизации и программирования - декомпозиция задачи, т. е. выделение в исходной задаче некоторых более простых подзадач. Алгоритмы решения таких подзадач называются вспомогательными алгоритмами, а реализующие их программы - подпрограммами (процедурами). Таким образом, решение исходной задачи разбивается на несколько алгоритмов: основной алгоритм и вспомогательные алгоритмы. В основном алгоритме происходит многократное обращение к вспомогательному алгоритму.

Задача 3: построить прямоугольную рамку по краю поля. Решение этой задачи требует объединения умений, полученных учениками при решении предыдущих задач. Циклическая программа рисования линии оформляется в виде процедуры ЛИНИЯ. А в основной программе происходит четырехкратное обращение к этой процедуре.

Задача 4: расчертить экран горизонтальными линиями. Эта задача является прямым продолжением предыдущей задачи. Усложнение заключается в том, что используются две процедуры: ЛИНИЯ и ВОЗВРАТ. Кроме того, основной алгоритм сам становится циклическим. Здесь снова нужно отметить то важное обстоятельство, что при использовании процедур в основной программе необходимо учитывать начальное и конечное состояние исполнителя при их выполнении.

Задача 5: нарисовать орнамент, состоящий из квадратов, расположенных по краю поля. Здесь вводится еще одна структурная команда - ветвление. На примере этой задачи еще раз демонстрируется методика последовательной детализации. Причем, в отличие от предыдущих программ, здесь используется два шага детализации, поскольку в процедуре РЯД содержится обращение к процедуре следующего уровня - КВАДРАТ.

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

- всякий алгоритм может быть построен с использование трех типов управляющих структур: следование, ветвление, цикл;

- при построении сложных алгоритмов следует применять метод последовательной детализации.