Методическое обоснование курса «Основы алгоритмизации программирование»

Руководствуясь дидактическими аспектами профильного обучения и психолого-педагогическими основами теории П.Я. Гальперина и Н.Ф. Талызиной применительно к конкретным урокам информатики Алябьева Н.М. разработала методические рекомендации по методике обучения учащихся профильных классов в области «Теоретической информатики» в условиях применения ИКТ в образовательном процессе.

На первом этапе обучения необходимо заинтересовать учащихся, например, рассказать о практическом применении алгоритмов (в быту, в школе на уроках, в природе и т.д.), рассказать занимательный факт, привести пример из художественной литературы, показать работу алгоритма в среде программирования без его объяснения и пояснений, с последующим его обсуждением, переходящим в рассмотрение нового материала.

Второй этап реализуется при помощи наглядности. Это презентации, в которых приведены: определения различных типов алгоритмов, блок-схемы, примеры задач, способы их решения (при этом представлены как блок-схемы алгоритмов, так и фрагменты программного кода, написанного на языке Visual Basic for Application).

Следующий этап – внешняя речь. Для лучшего запоминания материала, учащиеся должны проговаривать его. С целью реализации этого процесса необходимо проведение уроков-бесед и семинарских занятий. На четвертом этапе – нужно чтобы изученный материал еще раз проговорили про себя. Данный процесс достаточно сложно проконтролировать. Поэтому следует повысить мотивацию к изучению данного материала с помощью решения занимательных задач. И на последнем этапе учащимся предстоит применить знания в практических работах (при создании проектов в среде Visual Basic for Application), тестах, самостоятельных и контрольных работах, а так же во время подготовки к семинарскому занятию. Для наибольшей эффективности будут предложены задачи для самостоятельного решения.

Средство обучения

Средством обучения является специально разработанный блок презентаций на тему «Алгоритмы».

Первая презентация «Алгоритмы» содержит формализованные задачи, решение которых возможно с помощью применения алгоритмов.

Прежде чем дать определение алгоритма, необходимо сказать ученикам о месте алгоритмов в жизни людей. Привести примеры алгоритмов, не называя их алгоритмами, например, что все люди с детства привыкли следовать тем или иным правилам, выполнять разнообразные инструкции и указания. Затем необходимо привести такие примеры, на которых ученики смогут понять, что же такое алгоритм, а затем дать непосредственно определение алгоритма. Важно заметить, что в любом классе, независимо от возраста и специализации, желательно в начале изучения тем все примеры приводить из жизни. Это связано как с отношением многих учеников к информатике, так и с восприятием информации вообще. После того, как было дано определение алгоритма, следует закрепить его на конкретных примерах, желательно, также взятых из жизни. Важно в самом начале не усложнять понимание алгоритмизации строгими правилами записи алгоритма. Достаточно будет писать алгоритмы в привычном для учеников виде.

Например, «Покупка продуктов» и «Приготовление еды». Решение поставленных задач возможно с помощью построения блок-схем [приложение2].

Аналогично, в виде последовательности действий можно описать процессы решения многих задач, с которыми учащиеся имеют дело в школе.

Например:

При решении подобных заданий необходимо четко придерживаться определенного порядка действий, а это и есть алгоритм. В итоге формулируем определение алгоритма - это конечная последовательность команд (предписаний) исполнителю совершить конечную последовательность действий, которая направлена на достижение определённой цели.

Параллельно с введением понятия алгоритма можно привести учащимся краткую историческую справку возникновения этого понятия Слово алгоритм произошло от algorithm - латинского написания слова аль - Хорезми, под которым в средневековой Европе знали величайшего математика из Хорезма (город в современном Узбекистане) Мухамеда бен Мусу, жившего в 783-850 гг. в своей книге "Об индийском счете" он изложил правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действия над ними "столбиком", знакомые теперь каждому школьнику. В XII веке эта книга была переведена на латынь и получила широкое распространение в Европе.

После того как ученики усвоят, что такое алгоритм надо дать им понятие формального исполнителя. Можно сказать, что сознание алгоритма доступно исключительно живым существам, а долгое время считалось, что только человеку. Другое дело - реализация уже имеющегося алгоритма. Её можно поручить субъекту или объекту, который не обязан вникать в существо дела, а возможно, и не способен его понять. Такой субъект или объект принято называть формальным исполнителем. Затем можно привести пример формального исполнителя, примером может служить стиральная машина - автомат, которая неукоснительно исполняет предписанные ей действия, даже если вы забыли положить в неё бельё или насыпать стиральный порошок.

Далее необходимо рассказать о свойствах алгоритмов. Первое свойство – дискретность. Дискретность алгоритма означает, что он исполняется по шагам: каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего. Но здесь важно заметить, что увлекаться детализацией алгоритма, разбиением его на все более и более мелкие шаги не стоит.

Другое свойство принято называть определённостью. Оно означает, что на каждом шаге однозначно определено преобразование объектов среды исполнителя, полученных на предшествующих шагах алгоритма. К примеру, в одном из кулинарных рецептов сказано: «Слегка потрясите, чтобы смесь стала комковатой. Подогрейте молоко в маленькой кастрюльке и влейте её в смесь». Перед учениками можно поставить вопрос: сможет ли формальный исполнитель выполнить данный алгоритм? Ведь формальному исполнителю здесь неясно, требуется ли трясти смесь, пока она вся не станет комом, и какой всё-таки величины кастрюля. Большая или маленькая? И до какой температуры надо подогреть коньяк. Так что такой алгоритм любому исполнителю выполнить довольно трудно, практически невозможно. Нужно сказать, что в алгоритме не должны присутствовать не определённые слова: немного, чуть-чуть, слегка и т. д. В качестве примеров неопределенных понятий можно привести «солить по-вкусу», «довести до готовности».

Третье свойство, которое надо дать ученикам - результативность алгоритма. Это свойство подразумевает, что каждый шаг (и алгоритм в целом) после своего завершения даёт среду, в которой все имеющиеся объекты однозначно определены. Если это по каким-либо причинам невозможно, то алгоритм должен сообщать, что решение задачи не существует. Классическим примером может служить алгоритм решения квадратного уравнения. В том случае, когда дискриминант принимает отрицательное значение, важно получить сообщение об отсутствии действительных корней, что и будет результатом работы алгоритма.

Надо сказать, что алгоритм должен быть понятен не только автору, но и исполнителю. Например, если мы предложим какому-нибудь мальчику испечь торт, то, как правило, у него ни чего не получится, потому что он этого делать не умеет. Но если мы составим подробный алгоритм работы, разобьем его на элементарные шаги, такие, что он без труда поймёт и сможет выполнить каждый шаг, то сможет успешно испечь любой торт. Каждый шаг алгоритма обязательно представляет собой какое-либо допустимое действие исполнителя. Это свойство алгоритма называют понятностью.

Наконец, еще одно свойство алгоритма - массовость. Оно означает, что имеется некоторое множество данных, которые могут обрабатываться алгоритмом. Массовость алгоритма тесно связанна с понятностью, в качестве примера можно разобрать пример с тортом, и сказать, что чем подробнее будет описан алгоритм приготовления, тем больше вероятности, что торт будет испечен.

Алгоритмы, исполнителем которых является человек, удобно записывать

в словесной форме; изображать с помощью блок-схем. В последнем случае для обозначения шагов алгоритма используются геометрические фигуры.

Наиболее естественной формой представления (восприятия) информации является графический образ – рисунок, чертеж, схема и т.д. К этой форме человек прибегает всякий раз (возможно неявно для себя), когда необходимо решать (описывать, формулировать) действительно сложные задачи. Эффективное оперирование наглядными образами, быстрое установление смысловой связи между ними – является сильной стороной человеческого мышления. Поэтому использование блок-схем является необходимым инструментом образовательного процесса.

С помощью построения блок-схем можно доступно и наглядно рассказать о типах алгоритмов. В зависимости от порядка выполнения команд, выделяют три типа алгоритмов: линейный, циклический и алгоритмы с ветвлением.