Теория и методика преподавания раздела "Алгоритмизация и программирование" в школьном курсе информатики

Разработка теории и методики преподавания раздела "Алгоритмизация и программирование" в школьном курсе информатики. Методические проблемы изучения алгоритмов работы с величинами. Требования к знаниям учащихся по линии алгоритмизации и программирования.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Цель данной курсовой работы разработка теории и методики преподавания раздела «Алгоритмизация и программирование» в школьном курсе информатики.

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 (еще говорят - операционного) мышления учащихся; второй - программистский аспект. Составление программы для ЭВМ начинается с построения алгоритма; важнейшим качеством профессионального программиста является развитое алгоритмическое мышление. Если в первом школьном учебнике информатики [15. с. 54] в изучении алгоритмизации превалировал второй, программистский, аспект, то в дальнейшем стала больше подчеркиваться развивающая роль данной темы.

Вопрос о месте и объеме темы программирования в базовом курсе остается дискуссионным. В различных версиях обязательного минимума этот вопрос решался 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 даётся 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. 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. Безусловно, в большей степени эту задачу может решать профильный курс информатики в старших классах.

На схеме в приложении представлена структура основных понятий содержательной линии «Алгоритмизация и программирование», которая разделена на две ветви: ветвь алгоритмизации и ветвь программирования. Эти ветви имеют общую часть, которая начинается с блока «Алгоритмы работы с величинами». Из схемы, в частности, следует, что основой методики обучения алгоритмизации и программированию является методика структурного программирования. Структура ветви программирования носит характер обобщенной методической схемы, которая применима при любом уровне изучения программировании. На разных уровнях изучения может отличаться глубина и степень подробности раскрытия различных разделов схемы.

Глава I. Теория и методика преподавания раздела «Алгоритмизация» в школьном курсе информатики

1.1 Методика введения понятия алгоритма

В учебнике дано следующее определение алгоритма: «Алгоритм - понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящих от исходных данных к искомому результату».

В этом определении содержатся основные понятия, связанные с алгоритмом и его главные свойства. Взаимосвязь понятий отражена на рис. 1.

Размещено на

Размещено на

Рис. 1. Схема функционирования исполнителя алгоритмов

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.

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.

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)? Каждый повар может это понимать по-своему, и результаты будут разными. Пример точной команды: «Положить 2 столовые ложки сахара».

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.

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. «Дискретность состоит в том, что команды алгоритма выполняются последовательно, с точной фиксацией моментов окончания выполнения одной команды и начала выполнения следующей» [20, с. 24]. Однако (с нашей точки зрения) это свойство можно не выделять, поскольку требование последовательного выполнения команд заложено в определении алгоритма.

«Свойство массовости выражается в том, что алгоритм единым образом применяется к любой конкретной формулировке задачи, для решения которой он разработан» [20, с. 36]. Другими словами, это можно назвать универсальностью алгоритма по отношению к исходным данным решаемой задачи. Заметим, что данное свойство не является необходимым свойством алгоритма, а скорее определяет качество алгоритма: универсальный алгоритм лучше неуниверсального (алгоритм решения частной задачи - тоже алгоритм!).

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

Обучение методам построения алгоритмов - один из наиболее отработанных разделов школьной информатики. Традиционно применяемым дидактическим средством в этом разделе являются учебные исполнители алгоритмов. Например, КУКАРАЧА из Роботландии, МУРАВЕЙ Г. Н. Гутмана, КЕНГУРЕНОК, реализованный фирмой КУДИЦ. Вообще говоря, подходит любой исполнитель, который удовлетворяет следующим условиям:

· это должен быть исполнитель, работающий «в обстановке;

· этот исполнитель должен имитировать процесс управления некоторым реальным объектом (роботом и пр.);

· 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.

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 в качестве примера описание архитектуры широко известного исполнителя КЕНГУРЕНОК (аналогом является исполнитель Чертежник к учебнику [12, с. 43]). Авторы программы КЕНГУРЕНОК назвали своего героя Ру (Roo) - по имени персонажа мультфильма. Мы также будем пользоваться этим именем.

1.2.1 Архитектура учебного исполнителя

1.2.1.1 Среда исполнителя

На экране присутствуют три основных элемента среды учебного исполнителя: строка меню, поле программы и поле рисунка, на котором находится Кенгуренок. На поле рисунка неявно (т.е. ее не видно) нанесена прямоугольная сетка. Длину стороны одной квадратной ячейки этой сетки назовем шагом. Размер всего поля - 15 шагов по горизонтали и 19 шагов по вертикали.

1.2.1.2 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. Для исполнителя «Кенгуренок» вся система режимов работы отражена на рис. 2.



Размещено на

Размещено на

Рис. 2. Система режимов работы исполнителя «Кенгуренок»

Кенгуренок может работать в режиме прямого управления: «команда - исполнение» (в схеме это названо ручным управлением), и в режиме программного управления: «программирование - автоматическое исполнение программы». Программный режим устанавливается тогда, когда текстовый курсор находится на поле программы. Есл...