Методические особенности изучения раздела "Алгоритм и исполнители" в базовом школьном курсе информатики

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.

2.2 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».

2.3 Методические особенности изучения раздела

Проанализировав авторские программы, используемые в настоящее время в различных учебных заведениях и одобренные Министерством образования и науки Российской Федерации, можно сделать вывод о различны подходах к построению изучения раздела «алгоритм и исполнители».

В отношении теоретического материала можно сказать, что существенных отличий в различных программах не видно, но значительно различается порядок изучения отдельных подразделов. Например, в некоторых учебниках понятия алгоритм дается в непосредственной связи с понятием исполнителя, а в других эти темы достаточно разделены и предусматривают изучение исполнителя на примере конкретной среды программирования.

Но существенные различия начинаются при рассмотрении практической составляющей данного раздела, хотя они разрешены стандартом. Предусматривается выбор различных сред программирования авторами программ в соответствии с их концепцией построения учебного материала. Но для всех программ характерно изучение школьного алгоритмического языка, как основы для понимания простейших алгоритмических конструкций и основных этапов построения программ.

Поэтому следует более подробно остановиться на вопросах, связанных с различными языками программирования.

Поскольку в базовом курсе ставится лишь цель первоначального знакомства с программированием, то строгого описания языка программирования не требуется. Основной используемый метод – демонстрация языка на примерах простых программ с краткими комментариями. В связи с этим у учащихся могут возникнуть трудности с изучением объектно-ориентированной среды Visual Basic. Некоторые понятия достаточно воспринять ученикам на «интуитивном» уровне. Для выполнения учениками несложных самостоятельных заданий достаточно действовать методом «по образцу».

Учитель может задуматься над проблемой: как лучше связать изучение методов построения алгоритмов работы с величинами и языка программирования. Здесь возможны два варианта:

1.            сначала рассматриваются всевозможные алгоритмы, для описания которых используются блок-схемы и алгоритмический язык, а затем – правила языка программирования, способы перевода уже построенных алгоритмов программу на этом языке;

2.            алгоритмизация и языки программирования осваиваются параллельно.

Теоретическое изучение алгоритмизации и программирования, оторванное от практики, малоэффективно. Желательно, чтобы ученики как можно раньше получили возможность проверять правильность своих алгоритмов, работая на компьютере.

Обучение программированию должно проводиться на примере типовых задач с постепенным усложнением структуры алгоритмов.

В качестве примера построение последовательности изучения темы «алгоритм и исполнители» можно предложить следующее поурочное планирование, разработанное по учебнику Семакина (9 класс) [9].

Таблица 2. – Основные темы

Согласно с данным поурочным планированием на изучение раздела «алгоритм и исполнители» в 9 классе по программе И.Г. Семакина отводится 10 учебных часов, из которых 5 посвящены теории и 5 практическому освоению учебной среды программирования. Учащиеся на примерах знакомятся с базовыми алгоритмическими конструкциями, тем самым на данном этапе закладываются первые навыки, необходимые для дальнейшего совершенствования в области освоения более сложных сред программирования.

В конце освоения раздела предусмотрен контроль знаний, включающий в себе проведение контрольной работе в форме, соответствующей уровню подготовки учащихся и оптимальностью использования того или иного метода контроля.

Для сравнения нужно рассмотреть поурочное планирование, составленное на основе другой авторской программы – это программа Н.Д. Угриновича. По ее основе составлено поурочное планирование предмета «Информатика и ИКТ», а именно раздела «алгоритм и исполнители» для 9 класса базового уровня. [12]

Таблица 3. – Темы и программное обеспечение

Первое отличие поурочного планирования по учебнику Н.Д. Угриновича от планирования по программе И.Г. Семакина заключается в количестве часов, отводимое на изучение этого довольно объемного и сложного для понимания раздела школьной программы – их всего 7, включая и контроль знаний. Этого явно недостаточно для глубокого и детального изучения материала, но вполне хватает для поверхностного знакомства с алгоритмами и их конкретном представлении на языке программирования.

Второе существенное отличие данной программы, как было отмечено раньше, это использование с самого начала обучения довольно сложной среды объектно-ориентированного программирования - Visual Basic 2005, что также вызывает дополнительные сложности у учащихся. Также параллельно с Visual Basic 2005 на уроках используется редактор блок-схем алгоритмов Block-diagram editor, что обеспечивает многосторонний подход для осмысления учащимися понятия структуры алгоритма, что в свою очередь обеспечивает лучшее понимания этапов работы программы, тем самым помогает понять логические основы программирования.

В конце раздела также предусматривается контрольная работа, в форме наиболее оптимальной для учащихся.

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.

Библиографический список

1.                 Изучение информатики и вычислительной техники: Пособие для учителей / Под ред. А.П. Ершова, В.М. Монахова. – М., 2003.

2.                 Информатика и ИКТ. Практикум 8-9 класс / Под ред. Н.В. Макаровой– СПб, 2008.

3.                 Информатика и ИКТ. Учебник 8-9 класс / Под ред. Н.В. Макаровой– СПб, 2008.

4.                 Лапчик М.П. Вычисление. Алгоритмизация. Программирование: Пособие для учителя / Лапчик М.П. – М., 2002.

5.                 Лапчик М.П. Методика обучения информатики / Лапчик М.П. – М., 2001.

6.                 Пейперт С. Дети, компьютер и плодотворные идеи. / Пейперт С. – М, 2003.

7.                 Программы для средних общеобразовательных учебных заведений. Информатика и ИКТ. / М., 2008.

8.                 Программа по информатике и ИКТ. 5-11 класс / Под ред. Н.В. Макаровой – СПб, 2008.

9.                 Семакин И.Г. Базовый курс информатики: 7-9 класс / Семакин И.Г и др. – М., 2008.

10.            Семакин И.Г., Шеина Т.Ю. Преподавание базового курса информатики в средней школе: Метод. пособие / Семакин И.Г., Шеина Т.Ю. – М., 2002.

11.            Сластенин В.А. и др. Педагогика: Учеб. пособие для студентов пед. Учебных заведений / Сластенин В.А. и др., М. – 1999.

12.            Угринович Н. Информатика. Базовый курс: Учебник для 9 класса / Угринович Н.Д. – М., 2008.

13.            Угринович Н. Преподавание курса «Информатика и ИКТ» в основной и старей школе. Методическое пособие для учителей/ Угринович Н.Д. – М., 2008.

Страницы: 1, 2, 3