Алгоритмы и алгоритмизация в школьном курсе информатики

Процесс решения задач используется психологами различных направлений  для раскрытия закономерностей  мышления. В рамках педагогической психологии поднимается вопрос не только об общих закономерностях мышления, но и о его специфических особенностях, связанных с характером той области знания, из которой черпаются задачи. Многообразие типов задач обусловило и многообразие механизмов и способов мышления. От конкретной иерархии задач, используемых в каждый момент обучения, в определяющей степени зависит эффективность достижений целей образования и развития учащихся.

Исследование информационных процессов  и выход на проблему информатизации общества нашли своё отражение в таком быстро прогрессирующем интегральном направлении современной науки, как информатика, в эволюции понимания её предмета. Информатика обслуживает науку, технику, производство и другие виды человеческой деятельности путём создания и передачи в общество информационных технологий. Сегодня для правильного понимания сути и предмета информатики важно соотнести формирование самой информатики с потребностями общества, с возможностями её влияния на жизнь и деятельность человека, осмыслить её роль и значение для социального развития. Целенаправленный характер является важнейшей отличительной чертой информационных процессов в обществе. Цель в этом плане - тот конечный результат, на достижение которого направлен информационный процесс.

Процесс компьютеризации обучения, познавательная деятельность в системе "человек - компьютер" требует  обоснованных рекомендаций для эффективной  организации интеллектуальных решений  взаимодействующего с компьютером  человека. Компьютер как средство интеллектуальной деятельности предъявляет особые требования к организации мышления человека. Интеллектуальная деятельность человека в её компьютеризованных формах специфична по отношению к некомпьютеризованным формам мышления. Это явление объясняется превращением данного вида деятельности в самостоятельную профессию с её специальными задачами и умственными средствами¹⁸.

В информатике можно различать  следующие типы взаимодействия: "человек - человек", "человек - машина", "машина - человек", "машина - машина", "человек - машина - человек", "машина – человек - машина". Второй и третий типы коммуникации определяют, прежде всего, возможности человека при взаимодействии с машиной. Эффективность такого общения зависит от знания человеком возможностей ЭВМ для решения некоторого класса задач и его психологической готовностью к осуществлению такого рода взаимодействия. К сожалению, современное образование не даёт в достаточном объёме систематических знаний о сущности человеческого фактора в технике, закономерностях распределения функций между человеком и компьютером,  о возможностях и ограничениях механизмов приёма и переработки информации человеком при принятии решений. Однако такого рода знание сегодня не только желательно, но и совершено необходимо, так как конфронтация между человеческой психикой и информационной технологией может привести к серьёзной деформации эмоциональной сферы и стиля мышления человека.

В диалоге с человеком  компьютер способен активизировать человеческую мысль, сообщать её новые, неожиданные перспективы. И в  этом его принципиальное отличие  от любого другого технического устройства. Технические средства служат "усилителями" абстрактного мышления и способствует эффективному практическому применению его результатов. Одновременно происходит перестройка деятельности, использующей информацию. Действительно, компьютеризация и автоматизация интеллектуальных процедур ведут не просто к новым способам переработки и хранения информации, меняется сама деятельность и мышление... В области педагогики встаёт важная задача обучения новым формам деятельности и мышления, претерпевшим развитие под влиянием указанных процессов.

Работа с компьютером  заставляет людей всё больше и больше совершенствовать алгоритмический стиль мышления. Всевозможные классификации по различным основаниям и алгоритмические методы формирования понятий составляют значительную часть методов, используемых при таком стиле мышления.

Глава II  Структурированный конспект занятий по темам раздела «Алгоритмы и алгоритмические структуры» в школьном курсе информатики                                                                                                             2.1. Базовый структурированный конспект тем раздела «Алгоритмы и алгоритмические структуры»

Используя опорный  структурированный  конспект учителю очень удобно составить свой план – конспект ¹⁹. Мы попробовали составить, базируясь на некоторые структуры,  такие конспекты и действительно это оказалось не очень сложно. Также к конспектам мы подготовили презентации, чтобы сделать урок наглядным, они представлены в приложении №1

Некоторые из них  мы хотим  представить в нашей работе:

1.

 

План – конспект

Тема: «Понятие алгоритма»

Цели:

1. Дать учащимся понятие об алгоритме, свойствах алгоритма. Научить  составлять алгоритмы, решать задачи с использованием алгоритма.
2. Развивать алгоритмическое мышление учащихся, устную и письменную речь, умение высказывать свою точку зрения.
3. Воспитывать  усидчивость, дисциплину, аккуратность и культуру поведения учащихся.

Ход урока:

1. Орг. Момент

Представление и приветствие. Список присутствующих. Требования к учебным принадлежностям. Вспомним технику безопасности.

2. Изучение нового материала

В основе работы вычислительных машин лежит программный принцип управления. Это означает, что для решения самой сложной задачи пользователю необходимо составить перечень инструкций или команд, следуя которым ЭВМ выдаст необходимый результат.

Таким образом, чтобы  решить задачу на ЭВМ, ее необходимо сначала алгоритмизировать.

Прежде, чем перейти  к изучению алгоритма, разберем понятие  – исполнитель.

- Исполнитель – это кто-то или что-то, кто может выполнить определенный набор действий.

В качестве исполнителя  может выступать человек, животное, техническое устройство.

Вся человеческая деятельность связана с алгоритмами. Это и  правила для учащихся, инструкции по технике безопасности, схемы электронных  устройств, чертежи деталей и  т. д.

- Итак, алгоритм – это понятное и точное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение цели или на решение поставленной задачи ²⁰.

Понятие алгоритма является фундаментальным понятием в информатике, т.е. таким, которое не определяется через другие, более простые понятия.

В физике таким понятием является пространство и время, в  математике – точка, в химии –  вещество.

Свойства алгоритмов.

1. Понятность алгоритма, т.е. исполнитель должен уметь выполнять каждое указание алгоритма.

Например, на пачках с  хлопьями написан способ приготовления на 7 языках, чтобы сделать понятным исполнителю из Америки, России, Франции и т.д.

2. Однозначность алгоритма – единственность толкования правил выполнения действий и порядка их выполнения.

В алгоритмах не могут  встречаться указания типа: «посолить по вкусу», «жарить до готовности», «насыпать 2-3 ложки сахарного песку». Понятные для человека эти предписания могут поставить в тупик ЭВМ.

Или вспомним фразу: «Казнить нельзя помиловать», в которой пропущена  запятая. А от различной трактовки  фразы зависит жизнь человека.

3. Массовость алгоритма – возможность применения алгоритма для решения целого класса задач, отвечающих общей постановке задачи.

Например: необходимо решить квадратное уравнение х²+4х+3=0. но ведь можно составить алгоритм решения любого квадратного уравнения вида ах²+bх+с=0.

4. Конечность алгоритма – завершение работы алгоритма в целом за конечное число шагов.

Например, требуется преобразовать  обыкновенные дроби в десятичные:

   7    =1,75               ;                 5    =1,66666                  

   4                                              3

Для первого случая алгоритм задает конечную последовательность действий, а для второго – бесконечную. Тогда, чтобы удовлетворить свойству конечности, накладывают ограничения, например, выполнять деление до 15 знаков после запятой.

Свойство конечности желательное, но не обязательное свойство алгоритма.

5. Результативность алгоритма состоит в том, что во всех  случаях можно указать, что мы понимаем под результатом выполнения алгоритма.

Например, в алгоритме деления двух чисел необходимо учитывать деление на 0. программа должна выдавать результат «Деление на ноль невозможно».

Отрицательный результат  тоже результат.

6. Правильность алгоритма -  при любых исходных данных будут получены верные результаты поставленной задачи.

3. Задания для закрепления

Задания:

1. составьте алгоритм открывания двери ключом и перечислите, какие свойства выполняются в данном алгоритме.
2. Исполнитель может выполнять только два действия:

• Прибавлять к данному числу 1;
• Умножать данное число на 2.

Как из 1 получить 100 за меньшее  число шагов?

3. Даны пять монет:

 

Исполнитель может перемещать две рядом стоящие монеты, не трогая другие, либо вправо, либо влево.

Как за меньшее число шагов расположить  монеты в следующем порядке:

 

 

 

4. Исполнитель умеет из любой дроби

                    а     получить дроби     а-b     ,     а+b     ,     b  

                     b                                       b                b          а

Как получить из   1    дробь    1   ?

                                2                  4

 

 

Решение:

1.

1) Подойди к двери.

2)  Возьми ключ.

3)  Просунуть ключ  в замочную скважину.

4)  Поверни ключ 3 раза  по часовой стрелке.

5)  Вытащи ключ.

6)  Открой дверь.

(понятность, однозначность,  конечность, результативность, правильность)

 

2.

Способ №1     1)  1+1=2 2)  2+1=3 3)  3*2=6 4)  6*2=12 5)  12*2=24 6)  24*2=48 7)  48+1=49 8)  49+1=50 9)  50*2=100

Способ №2     1)  1+1=2 2)  2+1=3 3)  3*2=6 4)  6*2=12 5)  12*2=24 6)  24+1=25 7)  25*2=50 8)  50*2=100

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

1)   1          b           2   

                              =

        2         a           1   

2)   2             a+b          2+1           3

                              =               =

        1              b              1             1    

3)    3           a+b           3+1         4

                               =             =

       1             b               1            1

4)   4              b           1

                            =

       1             a           4

 

5. Итоги урока

 

• Что такое алгоритм?
• Кто может быть исполнителем алгоритма?
• Какие общие свойства алгоритма вы можете назвать?

 

 

 

2.

 

ТЕМА: «Построение алгоритмов»

Цели:

1. Углубить знания об алгоритмах, свойствах и, в частности, научить строить алгоритмы.
2. Развивать целеустремленность учащихся, различные формы мышления, интерес к изучаемому материалу.
3. Воспитывать дисциплинированность, уважение к окружающим.

 

Ход урока:

1. Орг.  Момент