 |
Обучение методам построения алгоритмов
|
|
|
|
Главной целью раздела алгоритмизации является овладение учащимися структурной методикой построения алгоритмов.Традиционно применяемым дидактическим средством в этом разделе являются учебные исполнители алгоритмов. Главным достоинством учебных исполнителей является: ясность для ученика решаемых задач, наглядность процесса работы в ходе выполнения программы. Как известно, дидактический принцип наглядности является одним из важнейших в процессе любого обучения.
Для того чтобы ученикам было легко работать с учебными исполнителями, они должны 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).
Изучая работу любого исполнителя алгоритмов, учителю следует привести его характеристики, совокупность которых называется архитектурой исполнителя. К ним относятся:
· среда, в которой работает исполнитель;
· режим работы исполнителя;
· система команд исполнителя;
· данные, с которыми работает исполнитель.
Обучение программированию лучше организовать в ходе решения задач, подобранных в специально выстроенной последовательности, которая определяется следующими дидактическими принципами:
От простого к сложному - т.е. постепенное усложнение решаемых задач.
-Новизна - каждая задача должна вносить новый элемент знаний - новую команду, новый приём программирования.
-Наследование - решение каждой следующей задачи требует использования знаний, полученных при решении предыдущих.
|
|
|
Длянаписания алгоритмов в учебных исполнителей используется алгоритмический язык и блок-схемы. С ними можно познакомить на одном уроке, а затем продолжать изучение алгоритмизации и блок-схем совместно с построением алгоритмов на учебных исполнителях. Это поможет изучить основные алгоритмические структуры с теоретической и практической стороны.
Основное достоинство блок-схем - наглядность представления структуры алгоритма. Это достигается изображением блок-схем стандартным способом - сверху вниз.
Алгоритмический язык есть текстовая форма описания алгоритма, которая близка к языку программирования, но как таковым ещё не является, и поэтому не имеет строгого синтаксиса. Для структурирования текста алгоритма в алгоритмическом языке используются строчные отступы. При этом соблюдается правило: все конструкции одного уровня вложенности записываются на одном вертикальном уровне (отступе), а вложенные конструкции смещаются относительно внешней вправо. Это правило улучшает наглядность структуры алгоритма. Поэтому учителю желательно потратить определённое учебное время на формирование навыка правильной записи алгоритма.
После ознакомления с архитектурой исполнителя и способами записи алгоритмов следует приступить к решению задач, соответствующих приведенным выше дидактическим принципам. Только практическая работа на учебных исполнителях помогает освоить построение алгоритмов.
На практических занятиях используются следующие типы задач:
• составление простых линейных алгоритмов;
• составление и использование вспомогательных алгоритмов;
• составление циклических алгоритмов;
• использование ветвлений в алгоритмах;
•использование метода последовательной детализации при составлении сложных алгоритмов.
|
|
|
При разборе этой задачи необходимо обратить внимание учеников на два обстоятельства. Первое: управление учебным исполнителем для достижения поставленной цели будет происходить без обратной связи. В данном случае алгоритм управления будет иметь линейную структуру.
Второе: алгоритм зависит не только от сформулированной цели (искомого результата), но и от исходного состояния исполнителя. Если бы исходное состояние было другим, то был бы другим и алгоритм, несмотря на то, что в результате получается один и тот же рисунок. Для алгоритмов работы «в обстановке» начальное состояние исполнителя является исходным данным задачи. Состояние учебного исполнителя определяется местом его расположения на поле и ориентацией. Результатом же выполнения алгоритма становится не только рисунок (главная цель), но и конечное состояние исполнителя.
Следующие задачи должны помочь составить и использовать вспомогательные алгоритмы. Обычно рассматривается такая задача: составить алгоритм рисования числа «1919».
Решая данную задачу можно поступить следующим образом: предложить ученикам написать алгоритм прежними средствами. 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 необходимо ввести 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. Как правило, в основном алгоритме происходит многократное обращение к вспомогательному алгоритму.
|
|
|
Далее следует изучение циклов. Для составления циклических алгоритмов, следует сначала теоретически подготовить учащихся. Необходимо подробно разобрать циклические алгоритмы при помощи блок схем и алгоритмического языка. И только потом переходить на практику, иначе дети могут не усвоить циклы, и действовать по примерам, не думая о содержании задачи.
Примером задачи на циклы может служить задача на составление алгоритм рисования горизонтальной линии, проведенной от края до края поля. Эта задача вносит в данную тему следующие новые элементы: управление с обратной связью; структурная команда цикла. Обратная связь между объектом управления и управляющей системой заключается в том, что перед выполнением каждого шага проверяется условие «впереди не край?». Если оно истинно, т.е. ответ положительный, то делается шаг, в противном случае выполнение цикла прекращается.
Команда цикла является структурной командой в отличие от простых команд «шаг», «поворот», «прыжок». Структурная команда включает в себя несколько действий: проверка условия, выполнение тела цикла, которое, в свою очередь, может состоять из нескольких команд.
И наконец, изучение основных алгоритмических структур заканчивается ветвлением. Тут можно предложить такую задачу: нарисовать орнамент, состоящий из квадратов, расположенных по краю поля.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.
|
|
|
