Анализ и систематизация информации об основах изучения алгоритмизации в школьном курсе "Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ)"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В течение всего периода преподавания информатики в школе (с 1985 года) актуальность темы «Алгоритмизация и программирование» претерпела значительные изменения. В силу некоторых обстоятельств: наличия теоретической базы предмета и технического обеспечение кабинета информатики, значимость преподавания темы в период с 2005 года по 2010 год значительно снизилась. Точнее надо сказать, уменьшилось количество уроков, отводимых на изучение этой темы в старших классах. Большая часть времени отводится на преподавание тем цикла «Информационные и коммуникационные технологии». Наряду с этим нисколько не изменились требования к уровню усвоения знаний и умений этого раздела программы по информатике, так как он остается основой фундаментальных знаний по предмету.[5]

В пояснительной записке к учебнику «Информатика и ИКТ» 9 класса (автор Угринович Н.Д. ) выделена тема «Алгоритмизация и основы объектно-ориентированного программирования». В этой теме рассматриваются все основные алгоритмические структуры и их кодирование на трех языках программирования:

алгоритмическом языке OpenOffice Basic, который входит в свободно распространяемое интегрированное офисное приложение OpenOffice Basic в операционных системах Windows и Linux;

объектно-ориентированном языке Visual Basic 2005, который распространяется по лицензии корпорации Microsoft;

объектно-ориентированном языке Gambas (аналог - Visual Basic в операционной системе Linux), который распространяется по лицензии компании AltLinux.

Изучение алгоритмизации в школьном курсе информатике может иметь два целевых аспекта: первый - развивающий аспект, под которым понимают развитие алгоритмического мышления учащихся; второй - программистский аспект, под которым понимают развитие навыков составление учебных программ. Первый аспект связан с усилением фундаментальной компоненты курса информатики. Ученикам даются представления о том, что такое языки программирования, что представляет собой программа на языках программирования, как создается программа в различных средах. Второй аспект носит профориентационный характер. Развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе, профессия программиста в наше время является достаточно распространенной и престижной. Изучение программирования в рамках школьного курса позволяет ученикам испытать свои способности к такого рода деятельности.; развитие умений составить и записать алгоритм для конкретного исполнителя; формирование знаний об алгоритмических конструкциях, логических значениях и операциях; знакомство с одним из языков программирования и основными алгоритмическими структурами - линейной, условной и циклической.

К сожалению не многие учителя информатики в школах, владеют методикой преподавания информатики, так как не учились на информатиков. Поэтому данная работа направлена на изучение методики преподавания линии «Алгоритмизация и программирование», что может во многом помочь будущим учителям информатики.

Проблемы изучения раздела «алгоритм и исполнители» связаны прежде всего с большим объемом материала и значительными трудностями для школьников, как с определением понятия алгоритма, построения алгоритмических конструкций, так и при работе с формальными языками программирования, их правильном применении. В следствии с этим возникает множество вопросов, связанных непосредственно с преподаванием этого раздела относительно содержания, методов и средств, используемых для этого.

Цель работы - анализ и систематизация информации об основах изучения алгоритмизации в школьном курсе «Информатика и ИКТ».

Объект исследования: школьный курс «Информатика и ИКТ».

Предмет исследования: линия алгоритмизации в школьном курсе «Информатика и ИКТ».

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. рассмотреть общие сведения о школьном курсе информатики и икт;

2. определить цели и задачи школьного курса информатики;

3. ознакомиться с теоретическими основами раздела «алгоритм и исполнители»;

4. изучить методику преподавания школьного курса информатики;

5. обучение методам построения алгоритмов на учебных исполнителях;

6. проанализировать изучение программирования в курсе информатики и ИКТ.



Глава 1. Общие сведения о методике преподавания информатики и ИКТ

1.1 Общие сведения о школьном курсе информатики и ИКТ

Как учебный предмет информатика была введена во все типы средних школ бывшего СССР с 1 сентября 1985 г. Новая учебная дисциплина получила название «Основы информатики и вычислительной техники».

Так что же такое информатика?

В сборнике «Становление информатики» В. С.Михалевич, Ю. М. Каныгин и В. И. Гриценко утверждают: «Информатика -- комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики». Но это определение не подходит для школы, поэтому из науки информатики была выделена особая область, которая получила название школьная информатика.[7]

В 2004 г. в соответствии с Законом РФ об образовании и «Концепцией модернизации российского образования до 2010 года» был утвержден федеральный компонент государственных стандартов общего образования, в том числе и по «Информатике и информационно-коммуникационным технологиям (ИКТ)», а также федеральный базисный учебный план для образовательных учреждений РФ. Эти нормативные документы определили дальнейшее развитие школьной информатики в нашей стране как общеобразовательной учебной дисциплины. [11]

Учебный предмет «Информатика и ИКТ» представлен в федеральном базисном учебном плане, а значит, обязателен к изучению в 3--4 классах в качестве учебного модуля предмета «Технология» и как самостоятельный учебный предмет 8--9 классах по одному и двум часам в неделю соответственно. В 10--11 классах, в зависимости от выбранного профиля, «Информатика и ИКТ» может изучаться на базовом либо профильном уровне, а также в виде элективных курсов. Кроме того, количество учебных часов, предназначенных для изучения информатики, может быть увеличено за счет регионального и школьного компонентов.

1.2 Цели и задачи школьного курса информатики

В образовательном стандарте по «Информатике и ИКТ» сформулированы цели изучения предмета, которые разнесены для начальной, основной и для старшей школы. В основной школе изучение информатики и ИКТ направлено на достижение следующих целей: [12]

освоение знаний, составляющих основу научных представлений об информации, информационных процессах, системах, технологиях и моделях;

овладение умениями работать с различными видами информации с помощью компьютера и других средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ);

развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей средствами ИКТ;

воспитание ответственного отношения к информации с учетом правовых и этических аспектов её распространения; избирательного отношения к полученной информации;

выработка навыков применения средств ИКТ в повседневной жизни, при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, в учебной деятельности, дальнейшем освоении профессий, востребованных на рынке труда.

В старшей школе на базовом уровне ставятся такие цели:

освоение системы базовых знаний, отражающих вклад информатики в формирование современной научной картины мира, роль информационных процессов в обществе, биологических и технических системах;[12]

овладение умениями применять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов, используя при этом информационные и коммуникационные технологии, в том числе при изучении других школьных дисциплин;

развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей путем освоения и использования методов информатики и средств ИКТ при изучении различных учебных предметов;

воспитание ответственного отношения к соблюдению этических и правовых норм информационной деятельности;

приобретение опыта использования информационных технологий в индивидуальной и коллективной учебной и познавательной, в том числе проектной деятельности.

Перечисленные цели школьного курса информатики и ИКТ можно сгруппировать в три основные общие цели: образовательная, практическая и воспитательная. Эти общие цели обучения определяются с учетом места информатики в системе наук и жизни современного общества.[2]

Образовательная цель обучения информатике -дать каждому школьнику начальные фундаментальные знания основ науки информатики, включая представления о процессах преобразования, передачи и использования информации, и на этой основе раскрыть значение информационных процессов в формировании научной картины мира, роль информационных технологий и компьютеров в развитии современного общества. Необходимо вооружить учащихся базовыми умениями и навыками для прочного усвоения этих знаний и основ других наук. Реализация образовательной цели в соответствии с законами дидактики способствует общему умственному развитию учащихся, развитию их мышления и творческих способностей.

Перед образованием стоит множество задач и важнейшая из них - подготовка подрастающего поколения к жизни в информационном обществе. Знакомство с новыми информационными технологиями дает возможность учащимся прикоснуться к тому информационному миру, в котором им придется жить и работать завтра. [4]

Практическая цель - предполагает вклад в трудовую и технологическую подготовку учащихся, вооружение их знаниями, умениями и навыками, необходимыми для последующей трудовой деятельности.

Воспитательная цель реализуется мировоззренческим воздействием на ученика путем осознания им значения вычислительной техники и информационных технологий для развития цивилизации и общества. Важным является формирование представления об информации как одного из трех фундаментальных понятий науки: материи, энергии и информации. Использование в обучении современных информационных технологий формирует культуру умственного труда. Изучение информатики требует от учащихся определенных умственных и волевых усилий, концентрации внимания, логики и воображения. В курсе информатики ученику следует учиться четко и педантично реализовывать алгоритм своих действий, уметь абсолютно точно записывать его на бумаге и безошибочно вводить в компьютер. Это постепенно отучает учеников от неточности, нечеткости, неконкретности, расплывчатости, небрежности и т. п .

Разумеется, все эти три цели взаимосвязаны и не могут реализовываться в отрыве друг от друга. Нельзя получить воспитательный эффект, игнорируя практическую сторону содержания обучения.

1.3 Методика преподавания школьного курса информатики

Важную роль в развитии методики преподавания информатики сыграли дидактические исследования целей и содержания общего кибернетического образования, накопленный отечественной школой еще до введения предмета информатики практический опыт преподавания учащимся элементов кибернетики, алгоритмизации и программирования, элементов логики, вычислительной и дискретной математики.

Все курсы информатики и ИКТ основной и старшей школы строятся на основе содержательных линий, представленных в общеобразовательном стандарте. Вместе с тем следует отметить, что все эти содержательные линии можно сгруппировать в три основных направления: «Информационные процессы», «Информационные модели» и «Информационные основы управления». В этих направлениях отражены обобщающие понятия, которые в явном или неявном виде присутствуют во всех современных учебниках информатики.

Основная задача базового уровня старшей школы состоит в изучении общих закономерностей функционирования, создания и применения информационных систем, преимущественно автоматизированных.

С точки зрения содержания это позволяет развить основы системного видения мира, расширить возможности информационного моделирования, обеспечив тем самым значительное расширение и углубление межпредметных связей информатики с другими дисциплинами.

С точки зрения деятельности это дает возможность сформировать методологию использования основных автоматизированных информационных систем в решении конкретных задач, связанных с анализом и представлением основных информационных процессов:

автоматизированные информационные системы (АИС) хранения массивов информации (системы управления базами данных, информационно-поисковые системы, геоинформационные системы);

АИС обработки информации (системное программное обеспечение, инструментальное программное обеспечение, автоматизированное рабочее место, офисные пакеты);

АИС передачи информации (сети, телекоммуникации);

АИС управления (системы автоматизированного управления, автоматизированные системы управления, операционная система как система управления компьютером).

Методика преподавания информатики (МПИ) ставит перед собой следующие цели: определить конкретные цели изучения информатики, а также содержание соответствующего общеобразовательного предмета и его место в учебном плане средней школы; разработать и предложить школе и учителю-практику наиболее рациональные методы и организационные формы обучения, направленные на достижение поставленных целей; рассмотреть всю совокупность средств обучения информатике (учебные пособия, программные средства, технические средства и т.п.) и разработать рекомендации по их применению в практике работы учителя.

Основная особенность курса МПИ - связь с другими, прежде всего методического цикла, предметами.

Как отмечает Н.В. Софронова, «преподавание информатики на современном уровне опирается на сведения из различных областей научного знания: биологии (биологические самоуправляемые системы, такие как человек, другой живой организм), истории и обществоведения (общественные социальные системы), русского языка (грамматика, синтаксис, семантика и пр.), логики (мышление, формальные операции, истина, ложь), математики (числа, переменные, функции, множества, знаки, действия), психологии (восприятие, мышление, коммуникации)»

Другой особенностью МПИ является динамический, изменяющийся характер самой информатики и как науки, и как учебного предмета, ее нестабильность, постоянное развитие и совершенствование как технических, так и особенно программных средств. В этих условиях вынужденным и плодотворным решением является максимальная опора на результаты общей дидактики, на конкретные методики близких дисциплин - математики и физики.

Еще одна особенность МПИ - связь предмета с использованием компьютера, который обладает несравненно большей "самостоятельностью”, чем любой другой прибор.



Глава 2. Методика преподавания темы «Алгоритмизация и программирование» в курсе Информатики и ИКТ

2.1 Методика введения понятия алгоритм

Изучение алгоритмизации и программирования делится на два этапа, это и есть само изучение алгоритмизации, а затем программирования. Во многих учебных программах останавливаются только на изучении алгоритмизации, так как не большое количество учителей информатики имеют должный уровень подготовки для преподавания программирования на каком либо конкретном языке программирования.

Изучение алгоритмизации помогает развить у учащихся алгоритмическое мышление, что само по себе является базой для освоения программирования. Поэтому изучение алгоритмизации является важной частью курса информатики и при преподавании этой части курса учитель должен быть особенно внимателен и осторожен.

В образовательном стандарте базового курса по информатики и ИКТ основное содержание по линии алгоритмизации определяется через следующие понятия:

-алгоритм, свойства алгоритма, способы записи алгоритмов;

-исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд);

-компьютер как формальный исполнитель алгоритмов;

-основные алгоритмические конструкции (следование, ветвление, повторение);

-разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм;

- алгоритмы работы с величинами (тип данных, ввод и вывод данных). [4]

В данной курсовой работе рассматривается второй этап овладения основами информатики - базовый курс (VII-IX классы), обеспечивающий обязательный общеобразовательный минимум подготовки школьников по информатике. Он направлен на овладение учащимися методами и средствами информационной технологии решения задач, формирование навыков сознательного и рационального использования компьютера в своей учебной, а затем профессиональной деятельности. Изучение базового курса формирует представления об общности процессов получения, преобразования, передачи и хранения информации в живой природе, обществе, технике.

Представляется, что содержание базового курса может сочетать в себе все три существующих сейчас основных направления в обучении информатике в школе и отражающих важнейшие аспекты ее общеобразовательной значимости:

· мировоззренческий аспект, связанный с формированием представлений о системно-информационном подходе к анализу окружающего мира, о роли информации в управлении, специфике самоуправляемых систем, общих закономерностях информационных процессов в системах различной природы:

· “пользовательский” аспект, связанный с формированием компьютерной грамотности, подготовкой школьников к практической деятельности в условиях широкого использования информационных технологий;

· алгоритмический (программистский) аспект, связанный в настоящее время уже в большей мере с развитием мышления школьников.

Основные содержательные линии курса охватывают следующие группы вопросов:

· вопросы, связанные с пониманием сущности информационных процессов, информационными основами процессов управления в системах различной природы; вопросы, охватывающие представления о передаче информации, канале передачи информации, количестве информации (условно-“линия информационных процессов”);

· способы представления информации (условно-“линия представления информации”);

· методы и средства формализованного описания действий исполнителя (условно-“алгоритмическая линия”);

· вопросы, связанные с выбором исполнителя для решения задачи, анализом его свойств; возможностей и эффективности его применения для решения данной задачи (условно назовем эту линию “линией исполнителя”);

Алгоритмическая линия включает в себя обязательный минимум содержания учебного материала, который должен быть усвоен учащимися полностью.

Изучение учебного материала данной содержательной линии курса обеспечивает учащимся возможность:

· понять (на основе анализа примеров) смысл понятия алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

· освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения учебных задач;

· получить представление о “библиотеке алгоритмов”, уметь использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;

· получить представление об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом языке), использовать этот язык для записи алгоритмов решения простых задач.

В образовательном стандарте также сформулированы основные требования к уровню подготовки учащихся.

Учащиеся должны:

· понимать сущность понимания алгоритма, знать его основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

· понимать возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

· знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;

· определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд, построить и исполнить на компьютере алгоритм для учебного исполнителя (типа “черепахи”, “робота” и т.д.);

· записать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решению простой задачи.

Изучение алгоритмизации начинается с введения понятия алгоритма. Понятие алгоритма относится к исходным математическим понятиям, поэтому не может быть определено через другие, более простые понятия. Из-за этого определение алгоритма в школьных учебниках по информатике отличается большим разнообразием.

В учебнике И.Г. Семакина алгоритм определяется как последовательность команд, управляющих работой какого-либо объекта, и далее дается более строгое определение - понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящую от исходных данных к искомому результату.

В учебнике Н.Д. Угриновича, алгоритм - это строго детерминированная последовательность действий, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное, записанная с помощью понятных исполнителю команд.

В учебнике «Информатика и ИКТ» Л.Л. Босовой алгоритм определяется как конечная последовательность шагов в решении задачи, приводящая от исходных данных к требуемому результату.

Исходя из этого, можно сформулировать единое определение алгоритма.

«Алгоритм -- понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящих от исходных данных к искомому результату».

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 выполнять.

Рис. 1. Схема функционирования исполнителя алгоритмов

Для выполнения всякой работы, решения поставленной задачи исполнитель на входе получает алгоритм и исходные данные, а на выходе получаются требуемые результаты. Алгоритм может включать в себя только команды, входящие в СКИ. Это требование к алгоритму называется свойством понятности.

В обыденной жизни дети не встречаются с этими понятиями дословно, но они находят применение алгоритмов в различной деятельности человека, о чем важно сообщить детям на первом же уроке и подтвердить это примерами.

Вводя понятие алгоритма, учителю следует акцентировать внимание учащихся на том, что алгоритм всегда составляется с ориентацией на исполнителя алгоритма. На мой взгляд, для этого хорошо подходит определение, приведенное в учебнике И.Г. Семакина и др.

Так как одной из особенностей курса «Алгоритмизация и программирование» является его практическая направленность, то понятие исполнителя алгоритма следует вводить на основе практических примеров из жизни учащихся. Основным исполнителем на начальном моменте изучения темы должен быть человек. Ученики сами должны выступить в роли исполнителей не сложных алгоритмов, например рисование окружности при помощи циркуля. В зависимости от класса, в котором изучается данная тема, задачи для исполнителя могут быть и сложнее: найти корень квадратного уравнения, построить вписанную в треугольник окружность, и т. д.

Основной характеристикой исполнителя, с точки зрения управления, является система команд исполнителя (СКИ). Это конечное множество команд, которые понимает исполнитель, т.е. умеет их выполнять. Для знакомства с СКИ можно дать ученикам такой алгоритм, который они заведомо не смогут выполнить. После этого должно следовать закрепление данного понятия на основе задач определения СКИ у различных исполнителей.

СКИ определяет первое свойство алгоритма - понятность, то есть алгоритм может включать в себя только команды, входящие в СКИ. Он не должен быть рассчитан на принятие исполнителем самостоятельных решений, не предусмотренных составителем алгоритма.

После свойства понятности следует свойство точность. Опять же можно привести несколько примеров алгоритмов, которые выполняются не точно. Вот один из них: 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)? Каждый повар может это понимать по-своему, и результаты будут разными. Пример точной команды: «Положить 2 столовые ложки сахара». преподавание информатика алгоритм программирование

Работа исполнителя состоит в последовательном выполнении команд алгоритма (детерминированности). При управлении самолетом используются сложные алгоритмы, исполнителями которых являются пилот или бортовой компьютер. Последовательность выполнения действий, например, при взлете должна быть строго определенной (например, нельзя отрываться от взлетной полосы, пока самолет не набрал необходимую взлетную скорость). Исполнитель алгоритма, выполнив очередную команду, должен точно знать, какую команду необходимо исполнять следующей. Это свойство алгоритма называется детерминированностью. Отсюда следует вывод о возможности создания автоматических исполнителей.

Еще одно свойство, которое отражено в определении алгоритма -- конечность. Оно формулируется так: исполнение алгоритма и, следовательно, получение искомого результата должно завершиться за конечное число шагов. Здесь под шагом подразумевается выполнение отдельной команды. Это свойство является предупреждением ситуации, которую программисты называют зацикливанием. Бесконечно исполняемый алгоритм безрезультатен. Поэтому свойство конечности называют еще результативностью алгоритма.

В учебной литературе встречается описание еще двух свойств алгоритмов: дискретности и массовости.

Каждый алгоритм состоит из последовательности отдельных шагов. Это является важным свойством алгоритма - дискретностью. «Дискретность состоит в том, что команды алгоритма выполняются последовательно, с точной фиксацией моментов окончания выполнения одной команды и начала выполнения следующей» (это свойство можно не выделять, поскольку требование последовательного выполнения команд заложено в определении алгоритма). Во многих отраслях человеческой деятельности для достижения требуемого результата используются алгоритмы, содержащие четкие описания последовательностей действий. Примерами алгоритмов являются кулинарные рецепты, в которых подробно описана последовательность действий по приготовлению пищи.

Алгоритмы кулинарных рецептов состоят из отдельных действии, которые обычно нумеруются. [2]

Алгоритм приготовления блюда быстрого питания:

1. Высыпать в емкость содержимое пакетика.

2. Налить в емкость 200 мл горячей воды.

3. Тщательно перемешать.

Еще один яркий пример дискретности приводимый в 6 классе: алгоритм посадки в автомобиль.

1. Открыть дверь.

2. Сесть в автомобиль.

3. Закрыть дверь

«Свойство массовости выражается в том, что алгоритм единым образом применяется к любой конкретной формулировке задачи, для решения которой он разработан». Алгоритмы сложения, вычитания, умножения и деления могут быть применены для любых чисел, причем не только в десятичной, но и в других позиционных системах счисления (двоичной, восьмеричной, шестнадцатеричной и др.). Возможность применения алгоритма к большому количеству различных исходных данных и называется массовостью. [3]

От свойства массовость легко перейти к такому понятию как исходные данные. По сути, это свойство можно назвать универсальностью алгоритма по отношению к исходным данным решаемой задачи. Данное свойство не является необходимым свойством алгоритма, а скорее определяет качество алгоритма: универсальный алгоритм лучше неуниверсального (алгоритм решения частной задачи -- тоже алгоритм!). Следует указать учащимся на то, что исполнителю всегда необходимо иметь исходные данные с которыми он будет работать (деньги, продукты, детали, таблицы чисел и т.п.). Например, исполнителю, решающему математическую задачу нужна исходная числовая информация, которая обычно задаётся в условии. Если вам нужно найти номер телефона нужного человека, то исходными данными будут фамилия человека, его инициалы, телефонная книга, а иногда ещё и домашний адрес, так как Ивановых или Петровых с одинаковыми инициалами может оказаться в телефонной книге несколько.

Если все данные свойства выполняются, то исполнитель выполняет алгоритм формально. Это означает, что при выполнении алгоритма исполнитель строго следует командам и не какого творчества с его стороны быть не может. Отсюда следует вывод о возможности создания автоматических исполнителей. Таким автоматическим исполнителем по обработке информации является компьютер. Дети сами могут назвать таких автоматических исполнителей: роботы, станки с автоматическим управлением, автоматическая стиральная машина и так далее.

После того как все свойства алгоритма разобраны следует их закрепить при помощи задач. Для этого полезно рассмотреть с учениками несколько заданий следующего содержания:

1) выполнить роль исполнителя: дан алгоритм, формально исполнить его;

2) определить исполнителя и систему команд для данного вида работы;

3) в рамках данной системы команд построить алгоритм;

4) определить необходимый набор исходных данных для решения задачи.

В качестве примера задачи первого типа можно использовать алгоритм игры Баше, рассматриваемый в учебниках [6]. Правила игры определены так: в игре используются 7, 11, 15, 19 предметов. За один ход можно брать 1, 2 или 3 предмета. Проигрывает тот игрок, который берет последний предмет. Предлагается алгоритм выигрыша для первого игрока.

После того как ученики поиграли в эту игру по тем правилам, что описаны в учебнике, можно предложить им несколько заданий аналитического характера на тему игры Баше. Задания могут быть предложены в качестве домашней работы……………………..

Теперь рассмотрим пример задания второго типа.

Задача: Описать систему команд исполнителя «Геометр», который мог бы выполнять геометрические построения с помощью циркуля и линейки.

Решение. Ученикам знаком класс задач, которые в геометрии называ-ются задачами на построение с помощью линейки, циркуля и карандаша. Полной системой команд для исполнителя «Геометр» является следующий список:

1. Провести отрезок прямой между двумя данными точками.

2. Установить раствор циркуля, равный длине данного отрезка.

3. Установить ножку циркуля в данную точку.

4. Провести окружность.

5. Выделить общие точки двух линий (пересечения или касания). Необходимо обратить внимание учеников на элементарность каждой команды. Делить их на более простые не имеет смысла.

При построении СКИ ученики должны решать две проблемы: проблема элементарности команд и проблема полноты системы команд. Система команд исполнителя называется полной, если она содержит весь минимально-необходимый набор команд, позволяющий построить любой алгоритм в том классе задач, на который ориентирован исполнитель.

Отрешения предыдущей задачи можно перейти к задачам третьего ти-па. Оставив исполнитель и СКИ прежними ученикам можно дать такую зада-чу: «Записать для исполнителя Геометр алгоритм построения окружности, для которой задан её диаметр отрезком АВ».

Данный переход способствует лучшему восприятию задачи, так как ученики уже знакомы с исполнителем и его СКИ.

Решение:

установить ножку циркуля в т. А

установить раствор циркуля, равный АВ

провести окружность установить ножку циркуля в т. В

провести окружность

выделить точки пересечения окружностей: т. Сит. D

провести отрезок CD

выделить точку пересечения АВ и CD: т. О

установить ножку циркуля в т. О

установить раствор циркуля, равный ОВ

провести окружность.

С учениками необходимо проанализировать данную задачу на соответствие свойствам алгоритма. Учеников следует подвести к такому выводу: «данный алгоритм удовлетворяет всем основным свойствам: понятности, точности, конечности; благодаря чему может исполняться формально».

Задания четвертого типа относятся к проблеме постановки задач на построение алгоритмов. Для выполнения требуемой работы -- решения данной задачи -- необходим не только алгоритм, но и полный набор исходных данных. Это могут быть какие-то материальные объекты (например, детали для сборки устройства; продукты для приготовления блюда и пр.) или информация (числовые данные для расчетов). Вот пример задачи на определение полного набора данных.

Задача: Определить полный набор данных для вычисления времени падения кирпича с крыши дома.

Ответ: высота дома, ускорение свободного падения.

2.2 Теоретические основы раздела «Алгоритм и исполнители»

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.

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

Изучаемые вопросы:

Основные требования к учебным исполнителям алгоритмов.

Описание архитектуры учебного исполнителя.

Типовые учебные задачи.

Способы описания алгоритмов.

Традиционно применяемым дидактическим средством в этом разделе являются учебные исполнители алгоритмов. 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. Всякое педагогическое средство должно соответствовать поставленной учебной цели. Главной целью раздела алгоритмизации является овладение учащимися структурной методикой построения алгоритмов.[9]

2.3 Обучение методам построения алгоритмов на учебных исполнителях

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. Рассмотрим примеры исполнителей.[3]

1. Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии. В каждый конкретный момент известно положение исполнителя и направление его движения. У исполнителя существуют две команды:

Вперед n, где n _ целое число, вызывающая передвижение черепашки на n шагов в направлении движения.

Направо m, где m _ целое число, вызывающая изменение направления движения на m градусов по часовой стрелке.

(Вместо n и m должны стоять целые числа).

Запись Повтори 5 [Команда1 Команда2]означает, что последовательность команд в скобках повторится 5 раз.

1.Черепашке дан для исполнения алгоритм:

Повтори 6 [Направо 60 Вперёд 15]

Какая фигура появится на экране?

1. правильный пятиугольник

2. правильный треугольник

3. правильный шестиугольник

4. правильный двенадцатиугольник

Рис. 2. Схема движения исполнителя «Черепашка»

Решение.

Выпуклый многоугольник называется правильным, если у него все стороны равны и все углы равны.

Черепашка шесть раз повторяет группу команд, указанную в скобках. При этом она каждый раз поворачивает в одном направлении -- направо, на один и тот же угол и прочерчивает отрезки одинаковой длины.

Выполнив весь алгоритм, Черепашка совершит поворот на 600 • 6 = 3600.

Сумма внешних углов многоугольника = 360°.

Следовательно, получается замкнутая ломаная, образующая правильный многоугольник, состоящий из шести равных сторон, т.е.
правильный шестиугольник.

2. Исполнитель Чертежник предназначен для построения рисунков на координатной плоскости.

При задании точек этой координатной плоскости, в отличие от того, как это принято в математике, координаты х и у разделяются запятой.

Чертежник имеет перо, которое можно поднимать, опускать и перемещать. При перемещении опущенного пера за ним остается след -- отрезок от предыдущего положения пера до нового. При перемещении поднятого пера никакого следа на плоскости не остается. В начальном положении перо Чертежника всегда поднято и находится в точке (0, 0).

По команде подними перо Чертежник поднимает перо. Если перо уже было поднято, Чертежник игнорирует эту команду: он не меняет положение пера и не сообщает об отказе. Иначе говоря, каким бы ни было положение пера до команды подними перо, после этой команды оно будет поднятым.

Точно так же, независимо от первоначального положения, после выполнения команды опусти перо оно оказывается опущенным, то есть готовым к рисованию.

Рисунки Чертежник выполняет с помощью команд «переведи в точку» и «сдвинь на вектор».



Рис. 3. Результаты выполнения команды исполнителя Чертежник

По команде переведи в точку (а, b) Чертежник сдвигается в точку с координатами (а, &). На рис. 3. показаны результаты выполнения команды переведи в точку (2, 3) при различных положениях пера до этой команды. Видно, что независимо от предыдущего положения перо оказывается в точке (2, 3), но длина и направление отрезка, который при этом чертится, могут быть различны. Команду «переведи в точку» называют командой абсолютного смещения.

2.4 Программирование в курсе информатики и ИКТ

Мы знаем, что алгоритм, составленный с помощью системы команд понятных компьютеру (исполнителю), называется компьютерной программой, или просто программой.

На заре компьютерной эры, в 40-50-е годы XX века, программы писались на машинном языке и представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц. Составление и отладка таких программ было чрезвычайно трудоемким делом.[5]

В конце 50-х годов для облегчения труда программистов начали создаваться языки программирования высокого уровня, формальные языки, кодирующие алгоритмы в привычном для человека виде (в виде предложений). Такие языки программирования строились на основе использования определенного алфавита и строгих правил построения предложений (синтаксиса).

Наиболее широко распространенным типом языков программирования высокого уровня являются процедурные языки. В таких языках широко используются управляющие конструкции (операторы), которые позволяют закодировать различные алгоритмические структуры (следование, ветвление, цикл).

Одним из первых процедурных языков программирования был известный всем Basic, созданный в 1964 году. Другим широко распространенным языком программирования алгоритмического типа является Pascal.

Язык программирования Паскаль был разработан профессором, директором Института информатики Швейцарской высшей политехнической школы Николаусом Виртом в 1968-1970 гг. как язык обучения студентов программированию.

Но думать, что Паскаль -- язык исключительно для обучения, было бы неверно. Вот что говорил об этом Н. Вирт (1984 г.): «Утверждалось, что Паскаль был разработан в качестве языка для обучения. Хотя это утверждение справедливо, но его использование при обучении не являлось единственной целью. На самом деле я не верю в успешность применения во время обучения таких инструментов и методик, которые нельзя использовать при решении каких-то практических задач».

С тех пор Паскаль становился всё более и более популярным, причем не только, как язык для обучения принципам программирования, но и как средство создания достаточно сложного программного обеспечения.

В своем первоначальном виде Паскаль имел довольно ограниченные возможности, но расширенный вариант этого языка -- бесплатная его реализация Free Pascal является мощным языком программирования.

Язык программирования Pascal был назван в честь французского учёного Блеза Паскаля, который еще в 1642 г. изобрел первую механическую счётную машину. Она представляла собой систему взаимодействующих колёсиков, каждое из которых соответствовало одному разряду десятичного числа и содержало цифры от 0 до 9. Когда колёсико совершало полный оборот, следующее сдвигалось на одну цифру (это похоже на принцип ручных счетов). Машина Паскаля умела только складывать и вычитать

Язык -- это система знаков. Язык компьютера (машинный язык) -- двоичная знаковая система. Поэтому, чтобы компьютер мог понять написанную программу, она должна быть переведена на язык, понятный компьютеру. Этот процесс перевода называется трансляцией.

Существует два различных подхода к трансляции -- интерпретация и компиляция.

*интерпретаторы -- трансляторы, которые переводят каждый оператор программы в машинный код и по мере перевода операторы выполняются процессором;

*компиляторы переводят всю программу целиком, и если этот перевод прошел без ошибок, то полученный двоичный код можно запускать на выполнение.

Если в качестве транслятора выступает компилятор, то процесс перевода текста программы в машинный код называют компиляцией.

При переводе программы с языка Pascal в машинный код используется именно компилятор.

В состав среды программирования входит текстовый редактор, компилятор и отладчик. Рассмотрим их работу подробнее. На рабочем столе кликните ярлык Free Pascal. Откроется среда разработки. С помощью редактора Free Pascal можно создавать и редактировать тексты программ. После открытия пустого окна (File -- New) или загрузки текста программы (File -- Open) пользователь находится в режиме редактирования, признаком чего является наличие в окне курсора (небольшого мигающего прямоугольника). Для перехода из режима редактирования к главному меню нужно нажать клавишу F10, обратно -- Esc. Кроме того, этот переход можно осуществить щелчком мыши либо по строке главного меню, либо по полю редактора. Редактор Free Pascal обладает возможностями, характерными для большинства текстовых редакторов.

Работа с фрагментами текста в редакторе Free Pascal может осуществляться с помощью главного меню и функциональных клавиш. В главном меню для работы с фрагментами текста предназначены команды пункта редактирования Edit:

*Copy (Ctrl+C) -- копировать фрагмент в буфер;

*Cut (Ctrl+X) -- вырезать фрагмент в буфер;

*Paste (Ctrl+V) -- вставить фрагмент из буфера;

*Clear (Ctrl+Del) -- очистить буфер;

*Select All -- выделить весь текст в окне;

*Unselect -- отменить выделение.



Заключение

В ходе проведенного исследования был осуществлен теоретический анализ учебников и литературных источников по теме, который позволяет сделать следующие выводы.

Раздел «Алгоритм и исполнители» в различных учебных пособиях освещен по разному, но несмотря на это в данной курсовой работе удалось представить необходимый минимум учебного материала, который подлежит обязательному рассмотрению. В дальнейшем приводится подтверждение целесообразности такого выбора в соответствии с образовательным стандартом и требованиями к знаниям учащихся, заключенными в нем. В связи с этим все рассмотренные учебники раскрывают вопросы, связанные с рассмотрением понятий - алгоритм, свойства алгоритма, исполнитель, алгоритма, система команд исполнителя, формы представления алгоритма, базовые алгоритмические конструкции, программа, среда программирования и т.д. Важным является на данном этапе рассмотрение различных исполнителей алгоритма, в том числе человека и компьютера.

На основе анализа различной литературы доказывается необходимость рассмотрения такой формы представления алгоритма как блок-схема, так как она помогает обеспечить структурное представление алгоритма, что играет немаловажную роль при формировании алгоритмического мышления.

Также можно сделать вывод, что теоретическое изучение алгоритмизации и программирования малоэффективен. Поэтому возникает необходимость преставления алгоритмов с помощью специально разработанного языка; на ранних этапах для подкрепления теоретических сведений наиболее оптимальным является изучение школьного алгоритмического языка.

На основании рассмотрения образовательного стандарта по информатике можно сделать вывод о том, что алгоритмическая содержательная линия является одной из ключевых в изучении данного предмета и тесно связана со всеми остальными образовательными направлениями, а особенно с линией исполнителя (компьютера).

Также в ходе проведения исследования был проведен анализ авторских программ, а конкретно раздела «алгоритм и исполнители», который позволяет сделать следующие выводы:

- содержание теоретического составляющего практически полностью совпадает;

- практическая составляющая различается в следствие выбора авторами различных сред реализации программ (ЛОГО, Черепашка, Visual Basic);

- различается время первого знакомство учащихся с основами алгоритмизации (с 8 или 9 класса);

- различается количество учебных часов, отводимых различными авторами на изучении данного раздела.

На основе всего вышесказанного были предложены несколько концепций преподавания разделам «алгоритм и исполнитель» в соответствии с различными авторскими программами. А также был проведем анализ основных трудностей, с которыми сталкиваются учащиеся и предложены варианты их решения.

Также в ходе исследования была решена задача уточнения основных понятий и категорий. В курсовой работе были рассмотрены и охарактеризованы такие понятия, как алгоритм, свойства алгоритма, исполнитель, алгоритма, система команд исполнителя.

Таким образом, в ходе проведенного исследования нами были решены все поставленные задачи.

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости практического подкрепления данного раздела, основанного на различных формах построения алгоритма, но при этом основной упор должен быть сделан на одну конкретную среду программирования для формирования навыков построения целой библиотеки алгоритмов с возможностью дальнейшего освоения других сред.

Список источников

1. УМК «Информатика и ИКТ» 8 - 9 класс, автор Угринович Н. Д. бином. Лаборатория знаний 2012

2. Информатика : учебник для 7 класса / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний;

3. Информатика : учебник для 8 класса / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний;

4. Информатика : учебник для 9 класса / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний.

5. К. К. Колин, “Становление информатики как фундаментальной науки и комплексной научной проблемы”, Системы и средства информ., 2006, «Научно-методологические проблемы информатики», 7-58

6. Лапчик М.П. Методика преподавания информатики / Лапчик М.П. - М.: Мир, 2009. - 440с

7. Михалевич B.C., Каныгин Ю.М., Гриценко В.И. Информатика -- новая область науки и практики // Кибернетика. Становление информатики. -- М.: Наука, 2012.

8. Софронова Н.В. Теория и методика обучения информатике / Софронова Н.В. -М.: Высшая школа, 2010.

9. Лапчик М.П. Вычисления. Алгоритмизация. Программирование: Пособие для учи-теля. -- М.: Просвещение, 2011.

10. Информатика: Учеб. пособие для 10-- 11 кл. общеобразоват. учреждений / Л.З. Шауцукова. -- М.: Просвещение, 2009.

11. Закон РФ «Об Образовании»

12. Методические рекомендации по организации учебного процесса в образовательных учреждениях Ставропольского края в 2012-2013 учебном году

Интернет источники

1. http://voluntary.ru/dictionary/902/word/informatikaНациональная социологическая энциклопедия

2. http://www.psyoffice.ru/6-902-informatika.htm Словари и энциклопедии » Социология » Федоров А.В. Словарь терминов по медиаобразованию, медиапедагогике, медиаграмотности, медиакомпетентности. Таганрог: Изд-во Таганрог. гос. пед. ин-та, 2010. 64 c. (дата обращения 09.02.2014)

3. http://cis.rudn.ru/document/show.action?document.id=726 Информатика образования и дистанционное обучение(дата обращения 13.02.2014)

4. http://journal.kuzspa.ru/articles/101/ Электронный научный журнал Информационно- коммуникационные технологии в педагогическом образовании (дата обращения 13.02.2014)

Размещено на Allbest.ru

...