 |
Методические особенности изучения раздела «Алгоритм и исполнители»
|
|
|
|
Содержание раздела в стандарте
Прежде всего необходимо сказать, что общеобразовательный стандарт по информатике является нормативным документом, определяющим требования:
· к месту базового курса информатики в учебном плане школы;
· к содержанию базового курса информатики в виде обязательного минимума содержания образовательной области;
· к уровню подготовки учащихся в виде набора требований к знаниям, умениям, навыкам и научным представлениям школьников;
· к технологии и средствам проверки и оценки достижения учащимися требования образовательного стандарта.
Общеобразовательная область, представляемая в учебном плане школы курсом информатики, может быть рассмотрена в двух аспектах.
Первый аспект – системно-информационная картина мира, общие информационные закономерностям строения и функционирования самоуправляемых систем (биологические системы, общество, автоматизированные технические системы). Специфической особенностью этих систем является свойство их целесообразного функционирования, определяемое наличием в них органов, управляющих их поведением на основе получения, преобразования и целенаправленного использования информации.
Второй аспект данной общеобразовательной области–методы и средства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации, решения задач с помощью компьютера и других средств новых информационных технологий. Этот аспект связан прежде всего с подготовкой учащихся к практической деятельности, продолжению образования.
Таким образом, совокупный предмет рассматриваемой общеобразовательной области имеет комплексный характер. Каждая его часть имеет различный удельный вес в реализации отдельных педагогических функций этой общеобразовательной области.
|
|
|
Анализ опыта преподавания курса основ информатики и вычислительной техники, новое понимание целей обучения информатике в школе, связанное с углублением представлений об общеобразовательном, мировоззренческом потенциале этого учебного предмета, показывает необходимость выделения нескольких этапов овладения основами информатики и формирования информационной культуры в процессе обучения в школе.
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”);
· вопросы, связанные с методом формализации, моделированием реальных объектов и явлений для их исследования с помощью ЭВМ, проведение компьютерного эксперимента (условно–“линия формализации и моделирования);
· этапы решения задач на ЭВМ, использование программного обеспечения разного типа для решения задач, представление о современных информационных технологиях, основанных на использовании компьютера (условна–“линия информационных технологий”).
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.
Обзор авторских программ
Понятие «алгоритм» является центральным в первом школьном учебнике под редакцией А.П. Ершова и В.М. Монахова – «Основы информатики и вычислительной техники». Указание на выполнение каждого отдельного действия названо командой, а «совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называются системой команд исполнителя». В качестве основного свойства алгоритма подчеркивается формальный характер работы исполнителя при его выполнении. Отсюда делается вывод о том, что исполнителем может быть автомат (машина, робот). На этой идее основан принцип программного управления работой компьютера, поскольку программа – это и есть алгоритм, представленный на языке, «понятном» компьютеру – на языке программирования.
Сформированные в учебнике [1] понятия явились дидактической основой для раскрытия темы алгоритмизации во всех последующих учебниках информатики.
Практически весь алгоритмический раздел учебника ориентирован на исполнителя – человека. В задачах вычислительного характера (а их большинство в учебнике) в качестве метода работы исполнителя предлагается заполнение таблицы значений. В программировании такие таблицы принято называть трассировочными таблицами. В учебнике сказано: «При исполнении алгоритма компьютером значения величин хранятся в его памяти. При исполнении алгоритма человеком таблица значений выполняет роль дополнительной памяти для исполнителя».
|
|
|
Одним из основных методических достижений данного учебника стало введение в школьную информатику учебного алгоритмического языка. Алгоритмический язык А.П. Ершова можно назвать русскоязычным псевдокодом, предназначенным для обучения методике структурного программирования.
Наряду с использованием с использованием алгоритмического языка для описания алгоритмов в учебнике активно используются блок-схемы. Подчеркивается необходимость стандартного изображения блок-схем, чего также требует методика структурного подхода к программированию.
Теперь рассмотрим авторскую программу Макаровой Н.В. Раздел «алгоритм и исполнители» разбит на две темы, изучение которых происходит в рамках раздела «программное обеспечение информационных технологий». Программа рассчитана на преподавание информатики в расчете 2 часа в неделю.
Первая тема носит название «основы алгоритмизации» и включает в себя следующие основные вопросы: понятие и определение алгоритма; свойства алгоритмов; формы представления алгоритма: словесная, графическая, программа; типовые алгоритмические конструкции: последовательность, ветвление, цикл; стадии создания алгоритма; линейный алгоритм; разветвляющийся алгоритм; циклический алгоритм; цикл с известным числом повторений; цикл с предусловием; цикл с постусловием; вспомогательный алгоритм.
Вторая тема называется «представление о программе (классификация программ)», здесь рассмотрению подлежат следующие вопросы: исполнитель алгоритма; понятие программы и программирования; назначение процедуры; подходы к созданию программы: процедурный, объектный; классификация и характеристика программного обеспечения: системное, прикладное, инструменты программирования; роль программного обеспечения в организации работы компьютера.
Изучение раздела «алгоритм и исполнители» происходит на протяжении всего базового курса, то есть с 8 по 9 классы.
В 8 классе учащиеся знакомятся на примерах с понятием алгоритма и его основными свойствами. Учащиеся знакомятся с различными формами представления алгоритмов, останавливаются подробно на блок-схемах. Обучение происходит с параллельным освоением школьного алгоритмического языка. Таким образом, все типовые алгоритмические конструкции представлены одновременно с помощью блок-схем и Кумира (школьного алгоритмического языка), что позволяет обеспечить понимание формального представления алгоритма различными способами. На изучение данной темы отводится 6 часов занятий в некомпьютерном классе.
|
|
|
Что касается вопросов, связанных с исполнителем и системой его команд, то они рассматриваются уже в связи с формированием понятия программа и программирование. Здесь рассматриваются подробно различные подходы к созданию программы, а также большое внимание уделяется процедуре. На изучение данной темы отводится всего лишь 1 час занятий без использования компьютера.
А затем идет рассмотрение полностью практического вопроса, подводящему итог изучения теоретических основ построения алгоритмов и программ, «среда программирования». В данном учебнике для обучения учащихся алгоритмизации предлагается язык программирования ЛОГО. В состав данного языка входит исполнитель Черепашка, назначение которого -изображение на экране чертежей, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Программы управления Черепашкой составляются из команд: вперед(а), назад(а), направо(в), налево(в), поднять хвост, опустить хвост. Имеется в виду, что черепашка рисует хвостом, и если хвост опущен, то при перемещении проводится линия, а когда хвост поднят, то линия не рисуется. Кроме того в языке имеются все основные структурные команды. В целом ЛОГО предназначен для обучения структурной методики программирования.
Главное методическое достоинство Черепашки – ясность для ученика решаемых задач, наглядность процесса работы в ходе выполняемой программы. А как известно дидактический принцип наглядности является одним из важнейших в процессе обучения. Всего на изучение этой темы отводится 8 часов, что не является достаточным для разбора всех тонкостей этой среды, но хватает для знакомства с одной из сред программирования.
В 9 классе происходит более подробное изучение темы «основы алгоритмизации», на этот раздел выделяется уже 8 часов. В этом классе происходит повторение всех изученных понятий и их свойств с более глубоким проникновением в тему благодаря владению учащимися различными формами представления алгоритмов: блок-схемы, школьный алгоритмический язык, среда программирования ЛОГО. Учащиеся более подробно останавливаются на рассмотрении циклических алгоритмов, в частности они изучают различные разновидности циклических алгоритмов: цикл с предусловием, цикл с постусловием, цикл с известным числом повторений. Также они начинают знакомиться с новой средой программирования Visual Basic, хотя это происходит с помощью рассмотрения аналогов алгоритмов, записанных на изученных раннее алгоритмических языках (ЛОГО, Кумир).
Следующей авторской программой, которая будет рассмотрена в рамках данной курсовой работы является программа Угриновича Н.
Данная учебная программа составлена с расчетом на 1 урок информатики в неделю. Рассмотрение раздела «алгоритм и исполнители» начинается с 9 класса и входит как отдельная тема в главу «основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования». На изучение данной темы отводится 7 часов.
Изучение начинается с рассмотрения вопросов, связанных с алгоритмом и его формальным представлением, при этом определение алгоритма дается только после объявления и пояснения примерами его основных свойств. Здесь не так много приводится примеров алгоритмов по сравнению с учебником Макаровой Н.В., что усложняет формирование у учащихся библиотеки алгоритмов. Достаточно подробно рассматривается понятие исполнитель алгоритма, в качестве которого упор делается на компьютер и человека. Все последующие уроке посвящены непосредственно изучение объектно-ориентированного программирования на примере языка Visual Basic. Также параллельно с этим происходит преставление алгоритмов с помощью редактора блок-схем алгоритмов Block-diagram editor.
С одной стороны система объектно-ориентированного визуального программирования Visual Basic является системой программирования, так как позволяет кодировать алгоритмы на этом языке. С другой стороны, она является средой проектирования, так как позволяет осуществлять визуальное конструирование графического интерфейса. В данной теме также рассматривается понятие проекта, который является результатом процессов программирования и проектирования.
В рамках системы программирования Visual Basic учащиеся изучают основные алгоритмические структуры (линейная, ветвление, выбор, цикл), типы, имена и значения переменных, операцию присваивания, а также графические возможности языка программирования.
В качестве формы отчетности учащимися выполняются различные проекты, соответствующие теме урока.
Следующая авторская программа, которой необходимо уделить внимание является программа по учебному курсу «информатика и ИКТ» является программа Семакина И.Г. Она предусматривает изучение данного курса на базовом уровне в расчете – 2 урока в неделю.
В 9 классе тема «алгоритм и исполнители» входит в раздел «информация и управление», таким образом можно отметить несколько иной подход к пониманию алгоритмизации. Его можно назвать кибернетическим подходом. Алгоритм трактуется как информационный компонент системы управления. Такой подход дает возможность ввести в содержание базового курса новую содержательную линию – линию управления. Это многоплановая линия, которая позволяет затронуть следующие вопросы:
· элементы теоретической кибернетики: кибернетическая модель управления с обратной связью;
· элементы прикладной кибернетики: структура компьютерных систем автоматического управления (системы с программным управлением); назначение автоматизированных систем управления;
· основы теории алгоритмов.
На изучение этого раздела отводится 10 часов, в том числе 5 часов теории и столько же практики.
Основные теоретические вопросы, которые следуют обязательному рассмотрению: управление и кибернетика, автоматизированные и автоматические системы управления; определение и свойства алгоритма; линейные алгоритмы; вспомогательные алгоритмы и подпрограммы; циклические алгоритмы и ветвления.
Практическая работа осуществляется с помощью одного из учебных графических исполнителей алгоритмов: Черепашки, Кенгуренка или Чертежника.
Исполнитель Чертежник – это своеобразный графопостроитель, действующий в системе декартовых координат, связанных с экраном. Его назначение – изображение чертежей, графиков, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Чертежник близок к Черепашке, однако ее работа не связана с системой координат (хотя единицы длины для нее существуют).
Кенгуренок является аналогом исполнителя Чертежник. Кенгуренок может работать в режиме прямого управления: «команда - исполнение», и в режиме программного управления: «программирование – автоматическое исполнение программы».
|
|
|
