Разработка и реализация уроков информатики направленных на развитие алгоритмического мышления учащихся 9 «Г» классов

Повышение динамичности алгоритмического мышления развивает само мышление, его гибкость, формирует умение разделять сложный объект на простые составляющие, определять взаимосвязи между ними. Все это необходимо для изучения и построения формальных моделей в любой предметной области и позволяет научиться такому подходу к любой задаче, при котором решение задачи выступает как объект конструирования и изобретения. Умение представить свои рассуждения и весь ход решения задачи в виде алгоритма существенно дисциплинирует мышление учащихся и становится необходимым практическим качеством специалиста в любой профессии. В профессиональном плане эти навыки помогут более быстрому и сознательному овладению языками программирования.

В настоящее  время понятие автоматической обработки  информации органично связано с такими понятиями как «информация» (запись, хранение и поиск информации), «алгоритм» (формы записи алгоритмов), «алгоритм автоматической обработки информации» (понятие о программах для ПК). Кроме формирования отдельных элементов алгоритмической культуры, представляется важным, чтобы учащиеся осознавали основную идею применения ПК в современном обществе: компьютеры применяются в той или иной области деятельности, где четко и однозначно сформулирован алгоритм этой деятельности.

Кроме вычислительных задач, компьютер решает и невычислительные задачи: на распознавание различных объектов, перевод с одного языка на другой, игровые задачи и т. п. Основная трудность при решении указанных задач на ПК - разработка алгоритма реализации такого процесса. Для подготовки учащихся, способных реализовывать любые задачи с использованием новейшего программного обеспечения, необходимо развивать алгоритмическое мышление с самого начала обучения.

 

 

 

1.4  Методические аспекты развития алгоритмического мышления на уроках информатики

 

 

Основное качество, необходимое для программиста —  развитое алгоритмическое мышление. Развитие этого качества имеет не только профессиональное, но и общепедагогическое значение. Известны варианты школьного курса информатики, в которых эта задача рассматривается как главная цель предмета.

Есть две стороны в  обучении алгоритмизации для ЭВМ: обучение структурной методике построения алгоритмов; обучение методам работы с величинами.

Знакомясь с программным  управлением исполнителями, учащиеся осваивают методику структурного программирования. При этом, никак не затрагивают понятие величины. Однако, с величинами ученики уже встречались в других темах базового курса: в частности, при изучении баз данных, электронных таблиц.

ЭВМ — исполнитель алгоритмов. Как известно, всякий алгоритм (программа) составляется для конкретного исполнителя, в рамках его системы команд. О каком же исполнителе идет речь в теме «программирование для ЭВМ»? Ответ очевиден: исполнителем является компьютер. Точнее говоря, исполнителем является комплекс «ЭВМ + система программирования (СП)». Программист составляет программу на том языке, на который ориентирована СП. Иногда, в литературе по программированию, такой комплекс называют «виртуальной ЭВМ». Например, компьютер с работающей системой программирования на Бейсике называют «Бейсик-машина»; компьютер с работающей системой программирования на Паскале называют «Паскаль-машина» и т. п. Схематически это изображено на рисунке 1.1.

 

 

 

Рисунок 1.1. Взаимодействие программиста с компьютером

 

Входным языком такого исполнителя является язык программирования Паскаль.

В разделе базового курса информатики необходимо продолжать ту же структурную линию, которая  была заложена в разделе алгоритмики. Поэтому, при выборе языка программирования важно такое понятие, как команда – входящее в запись алгоритма типовое предписание исполнителю выполнить некоторое законченное действие. Команды присваивания, ввода, вывода называются простыми командами; команды цикла и ветвления – составными или структурными командами.

В языках программирования строго определены правила записи операций, выражений, команд. Эти правила составляют синтаксис языка. При описании алгоритма  в виде блок-схемы или на учебном алгоритмическом языке строгое соблюдение синтаксических правил не является обязательным. Алгоритм программист пишет для себя, как предварительный этап работы перед последующим составлением программы. Поэтому достаточно, чтобы смысл алгоритма был понятен его автору. В то же время, в учебном процессе требуется некоторая унификация способа описания алгоритма для взаимопонимания. Однако, еще раз подчеркнем, что эта унификация (Приведение чего-либо к единой форме или системе, к единообразию.) не так жестко формализована, как в языках программирования.

Не следует  требовать от учащихся строгости в описаниях алгоритмов с точностью до точки или запятой. Например, если каждая команда в алгоритме на алгоритмическом языке записывается в отдельной строке, то совсем не обязательно в конце ставить точку с запятой. В качестве знака умножения можно употреблять привычные из математики точку или крестик, но можно и звездочку – характерную для языков программирования. Но следует иметь в виду, что и в описаниях алгоритмов нужно ориентироваться только на тот набор операций и команд, который имеется у исполнителя. Проще говоря, не нужно употреблять операции или функции, которых нет в используемом языке программирования. Например, если составляется алгоритм для дальнейшего программирования на Бейсике, то в нем можно использовать операцию возведения в степень в виде: X⁵ или Х*5, потому что в языке программирования есть эта операция (пишется Х"5). Если же программа будет записываться на Паскале, в котором отсутствует операция возведения в степень, то и в алгоритме не следует ее употреблять; нужно писать так: Х*Х*Х*Х*Х. Возведение в большую целую степень, например в 20-ю, 30-ю, следует производить циклическим умножением. Возведение в вещественную степень организуется через функции ехр и ln:

Узловыми понятиями  в программировании являются понятия переменной и присваивания. О переменной уже говорилось выше. Процесс решения вычислительной задачи – это процесс последовательного изменения значений переменных. В итоге в определенных переменных получается искомый результат. Переменная получает определенное значение в результате присваивания. Ученикам уже известно, что на уровне машинных команд присваивание – это занесение в ячейку, отведенную под переменную, определенного значения в результате выполнения команды. Из числа команд, входящих в представленную выше систему команд, присваивание выполняют команда ввода и команда присваивания. Есть еще третий способ присваивания – передача значений через параметры подпрограмм.

Педагогический  опыт показывает, что в большинстве  случаев непонимание некоторыми учениками программирования происходит от непонимания смысла присваивания. Поэтому учителям рекомендуется обратить особое внимание на этот вопрос.

Команда присваивания имеет следующий вид:

(переменная):= (выражение)

Знак «:=»  надо читать как «присвоить». Это команда, которая обозначает такую последовательность действий: 

вычислить выражение;

присвоить полученное значение переменной.

Обратите внимание учеников на то, что команда выполняется  справа налево. Нельзя путать команду  присваивания с математическим равенством! Особенно часто путаница возникает в тех случаях, когда в качестве знака присваивания используется знак «=» и учитель читает его как «равно». В некоторых языках программирования знак *=» используется как присваивание, например, в Бейсике и Си. В любом случае надо говорить «присвоить».

Ученикам, отождествляющим  присваивание с равенством, совершенно непонятна такая команда: X := X + 1. Такого математического равенства не может быть! Смысл этой команды следует объяснять так: к значению переменной X прибавляется единица и результат присваивается этой же переменной X. Иначе говоря, данная команда увеличивает значение переменной X на единицу.

Под вводом в  программировании понимается процесс  передачи данных с любого внешнего устройства в оперативную память. В рамках введения в программирование можно ограничиться узким пониманием ввода как передачи данных с устройства ввода – клавиатуры в ОЗУ. В таком случае ввод выполняется компьютером совместно с человеком. По команде ввода работа процессора прерывается и происходит ожидание действий пользователя; пользователь набирает на клавиатуре вводимые данные и нажимает на клавишу <ВВОД>; значения присваиваются вводимым переменным.

Теперь вернемся к вопросу об архитектуре ЭВМ – исполнителя вычислительных алгоритмов. Как известно, одним из важнейших дидактических принципов в методике обучения является принцип наглядности. За каждым изучаемым понятием в сознании ученика должен закрепиться какой-то визуальный образ. Успешность обучения алгоритмизации при использовании учебных исполнителей объясняется именно наличием таких образов (Черепашки, Робота, Кенгуренка и др.). Можно еще сказать так: архитектура учебных исполнителей является наглядной, понятной ученикам. Исполнителем вычислительных алгоритмов (алгоритмов работы с величинами) является компьютер.

Успешность  освоения программирования для ЭВМ  во многом зависит от того, удастся  ли учителю создать в сознании учеников наглядный образ архитектуры  компьютера-исполнителя. Работа с реализованными, в виде исполнителей, учебными компьютерами (например, с «УК Нейман») помогает решению этой задачи. Составляя вычислительные алгоритмы, программы на языках высокого уровня, ученики в своем понимании архитектуры могут отойти от деталей адресации ячеек памяти, типов регистров процессора и т. п. подробностей, но представление об общих принципах работы ЭВМ по выполнению программы у них должно остаться.

На рисунке 1.2 показано, как должен представлять себе ученик выполнение алгоритма сложения двух чисел.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2. Исполнение компьютером вычислительного алгоритма

 

Эффективным методическим средством, позволяющим достичь  понимания программирования, также  является ручная трассировка алгоритмов, которая производится путем заполнения трассировочной таблицы.

Информатика –  это школьная дисциплина, которая  не случайно включена в учебный план общеобразовательной школы. Появление  этого предмета в учебном плане  школы можно рассматривать как  следствие объективной необходимости, как следствие формирования и  реализации новых целей и нового содержания общего образования, который трудно осуществить в рамках устоявшихся дисциплин. Можно выделить четыре важных момента, характеризующих современный процесс обучения информатике.

Первый момент: обучение информатике, в силу специфики ее содержания, требует высокой философско-методологической культуры учителя информатики. Отсюда не следует, что на уроке информатики следует преподавать философию, а это означает, что сам учитель должен знать и понимать смысл и значение общих философских законов и законов о развитии познания. Также глубоко понимать значение и смысл, как философских категорий, так  и понятий информатики. Владеть методикой формирования понятий, что предполагает необходимость представления о понятии, как о развивающемся динамическом информационном объекте, понимать и использовать в своей деятельности принципы методологии и принципы развивающего, личностно - ориентированного и эвристического обучения. Поэтому на первый план в современном образовании выходит обучение приемам и способам мышления и деятельности, а не просто передачи информации.

Второй момент: информатика – это обширная область знаний, включающая в число важных теоретических разделов и информационные технологии, как практическую реализацию всех теорий. И, с сожалением, должны отметить, что информатика порой заменяется либо курсом программирования, либо курсом информационных технологий. Постепенно расширяется содержание информатики, включая, тем самым, новые понятия. Постепенно в курс информатики вошли и заняли в нем достойное место такие понятия, как «объект», «модель», «система», «иерархия» и многие другие. Явление естественного, спонтанного, эволюционного «расширения» содержания школьной информатики на практике носит повсеместный характер.

Обо всем этом, а также о границах и особенностях школьной информатики идут сейчас горячие споры, что не является положительным моментом для учителя в школе. Школьному учителю, помимо обычной педагогической деятельности, приходится заниматься исследовательской работой, часто на уровне интуиции, на свой вкус «дополнять» содержание учебных пособий недостающими темами, посвящая подготовке к уроку долгие часы поиска информации в различных источниках, а потом на уроке, диктуя новый материал школьникам. В одних случаях это происходит осознанно, в других интуитивно, непроизвольно, то есть реализуется принцип «непроизвольного дополнения до целого».

Третий момент: формирование любого школьного курса подчинено  определенным закономерностям, что  наглядно можно наблюдать за формированием  и становлением школьной информатики. Наглядно можно представить данный процесс на примере становления понятий любой предметной области. В процессе становления предметной области информатики прослеживается три этапа развития языка и, соответственно, содержания курса информатики: сначала в разговорном языке появляются новые слова, которые непроизвольно употребляются всюду, например, слова и словосочетания: «информация», «информационный процесс», «информационная война», «информационный кризис», «информационная защита», «информационное общество», «экономическая информация» и т.д. То есть эти слова активно стали использоваться в быту и в средствах массовой информации.

На втором этапе они  используются авторами учебных пособий  в качестве ключевых слов, которые, как бы, становятся центральными понятиями курса информатики (например, такие слова, как «информация», «информационный процесс», «сбор», «хранение» и «обработка» информации), но, до поры, они не являются объектами целенаправленного изучения – ставка делается на интуитивное понимание. И, наконец, наступает третий этап – понятия «информатика», «информация» и «информационный процесс» становятся объектами целенаправленного изучения, то есть, появляется потребность дать определение, выявить объем и содержание данных понятий, их отношения с другими понятиями.