Итак Скретч ориентирован на объектное программирование и блочное (т.е. ски и операторы выглядят как детали конструктора из которых собираю программу)

Лабораторная работа №5

Тема: Методика обучения содержательной линии «Алгоритмы и исполнители».

Цель:

· Систематизировать знания по теоретические основы формирования представлений об алгоритме, исполнителе алгоритма, свойствах и способах записи алгоритмов, базовых структурах алгоритмов. Рассмотреть методические аспекты формирования представлений об алгоритме и исполнителе у младших школьников. Место темы в пропедевтическом курсе информатики. Методические приемы формирования представлений об алгоритме. Учебные исполнители как средство формирования базовых понятий алгоритмизации. Использование алгоритмов на различных уроках начальной ступени образования. Практические упражнения для учащихся начальных классов.

· Развивать внимательность, самостоятельность.

· Воспитание культуры профессиональной речи.

План выполнения:

1. Создать папку для результатов выполнения л.р. с названием ЛР_№5.

2. Изучить теоретическую часть, в тетради ответить на контрольные вопросы.

3. Выполнить задания в практической части и сохранить в созданную папку.

4. Папку с результатами упаковать в архив с названием ШифрГруппы_Фамилия_ЛР5 (например, 34.1НК_Варбанец_ЛР5).

5. Архив переслать прикрепленным файлом к письму на электронный ящик vrblana@gmail.com, указать тему письма ШифрГруппы_Фамилия_ЛР4.

6. Написать конспект урока по теме «Алгоритмы и исполнители: любая из тем предусмотренных программой для 4 класса».

Теоретическая часть

План

1. Понятие алгоритма.

2. Понятие команды и исполнителя.

3. Формальный и неформальный исполнитель.

4. Характеристики исполнителя (СКИ, среда, ошибки).

5. Формы представления алгоритмов.

Понятие алгоритма является одним из центральных понятий школьного курса информатики. Это понятие относится к исходным математическим понятиям, поэтому не может быть определено через другие, более простые понятия.

“Прежде, чем что-нибудь сделать, надо составить план”, - говорила Алиса из сказки Льюиса Кэрролла. И в жизни мы все время составляем планы наших действий, например, утром большинство из нас действует по такому плану:

встать

одеться

умыться

позавтракать

выйти из дома в школу или на работу

В таком же виде можно записать план для того, чтобы заварить чай, сделать бутерброд с колбасой, купить себе мороженое, вымыть грязные руки, …

В информатике план действий называют алгоритмом. Алгоритм состоит из отдельных шагов – команд. Ни одну из них нельзя пропустить, чаще всего никакие команды нельзя поменять местами (что при этом произойдет?).Для каждого шага этого алгоритма можно предложить более подробный план. Например, для действия “ позавтракать ”:

вскипятить чайник

сделать бутерброд

съесть бутерброд с чаем

вымыть посуду

И тут каждый шаг, в свою очередь, тоже можно расшифровать – составить более подробный план. Где же остановиться? Ответ прост – это зависит от исполнителя — того, кто будет выполнять этот алгоритм. Надо остановиться на таком плане, в котором исполнителю будет понятно, как выполнить каждый шаг.

Исполнитель – это тот, кто умеет понимать и выполнять некоторые команды.

Среда исполнителя – это предметы, которые окружают исполнителя и с которыми он работает.

Список (или система) Команд Исполнителя (СКИ) – набор команд, понятных исполнителю. Исполнитель может выполнить только те команды, которые входят в его СКИ.

Исполнителями могут быть

люди: ученик, рабочий, учитель, бригада;

животные: дрессированная собака (санитар, розыскная, охотничья), кошка;

машины: станки, роботы, компьютеры;

Вообще говоря, исполнителями могут быть даже растения: подсолнечник (разворачивается на солнце), кувшинки (закрываются на ночь).

Человек как исполнитель отличается от всех остальных исполнителей несколькими признаками, например:

1.Понимает команды в различных вариантах (например “Сядь!”, “Садись!”, “Присядь!”).

2.Выполняя команды, «додумывает» их с учетом своего опыта.

3.Может отказаться исполнять команду, если она ему не нравится (“Ешь манную кашу!”, “Выстрели в окно из рогатки!”). То есть человек обладает волей и отвечает за свои действия.

Для решения большинства задач недостаточно отдать одну команду исполнителю, надо составить для него алгоритм — план действий, состоящий из команд, которые ему понятны (входят в его СКИ). Таким образом, можно дать определение алгоритма.

Алгоритм – это точно определенный план действий исполнителя, направленный на решение какой-то задачи. В алгоритм можно включать только те команды, которые есть в СКИ исполнителя.

Ошибки при работе исполнителей

Работа исполнителя не всегда проходит гладко – иногда встречаются ошибки. Существует три вида ошибок исполнителей.

“НЕ ПОНИМАЮ”	Заданной команды нет в списке команд исполнителя, и он ее не понял. Вероятно, мы ошиблись в записи текста команды.
“НЕ МОГУ”	Исполнитель понял команду, но не может ее выполнить. Например, роботу дана команда “вперед”, а впереди стоит стенка, и он не может идти. Или собаке скомандовали “Сидеть!”, а она уже сидит.
ЛОГИЧЕСКИЕ ОШИБКИ	Исполнитель понял команду и выполнил ее, но сделал не то, что мы от него хотели. Причина этого – наша ошибка в составлении задания (алгоритма).

задать среду исполнителя – класс, столы, стулья;

составить СКИ.

Человек способен понимать смысл команды и часто может «додумать», что от него хотели даже тогда, когда команда задана неточно. Для того, чтобы алгоритм был понятен роботу, компьютеру или другой машине, недостаточно только написать команды, надо еще и оформить алгоритм в таком виде, в котором его понимает машина, то есть записать в формальном виде.

В формальной записи алгоритма можно использовать только те команды, которые входят в СКИ исполнителя. Кроме того, надо соблюдать специальные правила оформления, которые позволят исполнителю распознать команды и определить последовательность их выполнения.

Репка /* это название алгоритма */

{ /* эта скобка обозначает начало алгоритма */

посадить репку; /*команда заканчивается знаком;*/

вырастить репку;

пытаться вытащить репку;

позвать Бабку; пытаться вытащить репку;

позвать Внучку; пытаться вытащить репку;

позвать Жучку; пытаться вытащить репку;

позвать Кошку; пытаться вытащить репку;

позвать Мышку; вытащить репку;

} /* здесь алгоритм заканчивается */

Исполнителем для этого алгоритма является дед — именно он должен выполнять эти команды.

Алгоритм можно записать разными способами и даже на разных языках. Хотя при этом исполнитель может, конечно, их не понять. Есть специальные виды исполнителей алгоритмов — компьютеры. Они выполняют программы.

Программа – это алгоритм, записанный в форме, понятной компьютеру.

Каждый шаг в программе Репка, в свою очередь, тоже можно расшифровать – составить более подробный план и оформить в качестве вспомогательного алгоритма. При решении задач по алгоритмизации в основном действуют по следующему сценарию (алгоритму) составляют общий алгоритм, некоторые этапы решения детализируют до уровня СКИ исполнителя и выделяют в отдельные вспомогательные алгоритмы (подпрограммы). Такой подход называется разработкой программы сверху-вниз. Детализация заключалось в том, что мы стремимся решить более мелкие задачи через линейные, условные и циклические алгоритмические структуры. Такой подход называется структурным программированием.

Положения структурного программирования следующие:

1. Любая программа представляет собой структуру, построенную из трёх типов базовых конструкций:

последовательное исполнение — однократное выполнение операций в том порядке, в котором они записаны в тексте программы;

ветвление — однократное выполнение одной из двух или более операций, в зависимости от выполнения некоторого заданного условия;

цикл — многократное исполнение одной и той же операции до тех пор, пока выполняется некоторое заданное условие (условие продолжения цикла).

В программе базовые конструкции могут быть вложены друг в друга произвольным образом, но никаких других средств управления последовательностью выполнения операций не предусматривается.

2. Повторяющиеся фрагменты программы (либо не повторяющиеся, но представляющие собой логически целостные вычислительные блоки) могут оформляться в виде т. н. подпрограмм. В этом случае в тексте основной программы, вместо помещённого в подпрограмму фрагмента, вставляется инструкция вызова подпрограммы. При выполнении такой инструкции выполняется вызванная подпрограмма, после чего исполнение программы продолжается с инструкции, следующей за командой вызова подпрограммы.

На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:

· словесная (записи на естественном языке);

· графическая (изображения из графических символов);

· псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);

· программная (тексты на языках программирования).

В настоящее время действует единая система программной документации (ЕСПД), которая устанавливает правила разработки, оформления программ и программной документации.

В пределах одной схемы рекомендуется изображать блоки одинаковых размеров. Все блоки нумеруются. Линии, соединяющие блоки и указывающие последовательность связей между ними, должны проводится параллельно линиям рамки. Стрелка в конце линии может не ставиться, если линия направлена слева направо или сверху вниз. В блок может входить несколько линий, то есть блок может являться преемником любого числа блоков. Из блока (кроме логического) может выходить только одна линия. Логический блок может иметь в качестве продолжения один из двух блоков, и из него выходят две линии. Если на схеме имеет место слияние линий, то место пересечения выделяется точкой. В случае, когда одна линия подходит к другой и слияние их явно выражено, точку можно не ставить.

Наименование	Обозначение
Начало, конец
Блок ввода-вывода
Процесс
Блок условия (логический блок)
Циклический блок
Соединитель

Блок-схема состоит из отдельных элементов, они называются блоки. Блок-схема обязательно начинается с блока НАЧАЛО (скругленный прямоугольник). Затем идут другие блоки. Блок в форме параллелограмма, называется блоком ввода. Сюда помещаются исходные данные. В блоке Процесс (прямоугольник) записываются действия. Результат записываем в блоке вывода. Он выглядит также как блок ввода. В конце блок-схемы находится блок КОНЕЦ. Все блоки соединяются между собой стрелочками от начала к концу.

Символы блок-схем: Дополнение\Блок-схема — Википедия.html

Контрольные вопросы:

1. Что такое алгоритм.

2. Чем отличаются формальные и неформальные исполнители.

3. Перечислите характеристики исполнителя.

4. Перечислите формы представления алгоритмов.

5. Перечислите основные алгоритмические структуры.

Методическая схема:

Исполнители, изучаемые в начальной школе ориентированы на структурное программирование, в соответствии с которым введены СКИ и команды управления выполнением операций (операторы): последовательное выполнение(линейный алгоритм), циклические операторы и ветвление.

Изучение раздела «Алгоритмы и исполнители» в первую очередь направлено на развитие алгоритмического мышления и тем самым формирование межпредметных компетенций.

Изучение содержательной линии «Алгоритмы и исполнители» в соответствии с Программой предусмотрено во 2, 3, 4 классах.

Как видно из приведенных выдержек алгоритмической линии из программы «Сходинки до інформатки» во 2-классе происходит формирование понятий «алгоритма», «команда», «исполнитель»; в 3-классе – формирование понятий «исполнитель» и «программа», написание линейных алгоритмов; в 4-классе – формирование понятия «высказывание», написание программ для алгоритмов с ветвлениями и циклических алгоритмов.

В учебно-развивающем программном пакете «Сходинки до інформатики» для начальной школы введены следующие исполнители:

·Садовник (моделирования процесса посадки деревьев. Его система команд обеспечивает выполнение как линейных алгоритмов, так и алгоритмов с повторением);

·Погрузчик (установка на корабль груза перед выходом из порта);

·Кенгуру (выполняет алгоритмы для графических построений);

·Осьминожка (может двигаться полем в клетку между коралловыми препятствиями и закрашивать ячейки в разные цвета).

Программы данной категории используют общие подходы частности, в них предусмотрена возможность изменения параметров настройки записи и воспроизведения программы и т.д. Эти общие подходы обеспечивают быструю адаптацию учащихся к использованию каждой из программ. Выполнение алгоритмов осуществляется в режиме диалога (интерактивный) и записи программы (программирования). Первоначальное знакомство желательно осуществлять в режиме диалога, более сложные в режиме записи программы, где есть возможность выполнения алгоритма полностью, пошагово и редактирования.

	2 клас	3 класс	4 класс
понятие алгоритма	+	+	+
понятие команда	+	-	-
понятие исполнителя	введение понятия исполнителя	введение характеристик исполнителя	-
формы представления алгоритма	словесная	словесная графическая алгоритмический язык	словесная графическая алгоритмический язык
виды алгоритмических структур	линейные алгоритмы(этот термин явно ученикам не называется)	линейные алгоритмы	линейные алгоритмы циклические алгоритмы алгоритмы с ветвлением
программные исполнители		Садовник, Погрузчик (диалоговый режим) Ханойская башня	Садовник, Кенгуру, Осьминожка

При работе с программой "Ханойская башня" обсуждается потребность в эффективном алгоритме, т.е. таком, в котором результат может быть достигнут за наименьшее количество шагов.

Ознакомление с каждой алгоритмической структурой осуществляется по схожей схеме:

· приведение примеров бытовых алгоритмов соответствующей структуры,

· выяснения ключевых слов для записи структуры и их обозначений на блок-схемах,

· реализация системы упражнений на выполнение, отыскания и исправления ошибок,

· конструирования и видоизменение алгоритмов.

В ходе выполнения упражнений учащиеся учатся анализировать ситуации, синтезировать, сравнивать и оценивать результаты. Формируется алгоритмическое и структурно-логическое мышление школьников.

При изучении циклических алгоритмов учащимся можно предложить разработать алгоритмы для выполнения различных повторяющихся бытовых действий, по использованию циклических структур: мытье посуды, изготовление бумажных гирлянд для новогодней елки и др. Следующий этап выполнить упражнения, в которых будут повторяться действия усилиями Садовника посадить строку саженцев, выполнить построение одинаковых фигур с помощью Кенгуру, закрасить несколько одинаковых областей на поле Осьминожки.

Последней изучается команда ветвления. Примеры алгоритмов с ветвлением могут быть построены на основе правил правописания слов в украинском языке или на основе различных жизненных ситуаций, в которых нужно принимать решения и которые могут быть описаны предложениями в форме "если..., то" или "если..., то..., иначе... ". НЕ отмечаются, но на примерах демонстрируются особенности полной и сокращенной форм команды ветвления. Лишь один из исполнителей - Осьминожка - имеет в своей системе команд структуру ветвления, а потому обеспечивает выполнение алгоритмов с ветвлением.

Исполнители, которые изучались ранее в начальной школе(Садовник, Погрузчик, Кенгуру, Осминожек) были ориентированы на структурное программирование, в соответствии с которым введены СКИ и команды управления выполнением операций (операторы): последовательное выполнение(линейный алгоритм), условные и циклические операторы.

Учебники по новой программе и Рывкинда и Коршуновой содержательную линию «Алгоритмы и исполнители» изучают в среде учебного исполнителя Рыжего кота – Scratch. Скретч - это новая среда программирования, которая позволяет детям создавать собственные анимированные и интерактивные истории, презентации, модели, игры. В Скретче можно создавать фильмы, играть с различными объектами, видоизменять их вид, перемещать их по экрану, устанавливать формы взаимодействия между объектами. Это объектно-ориентированная среда, в которой блоки программ собираются из разноцветных кирпичиков команд точно так же, как собираются из разноцветных кирпичиков конструкторы Лего. Мы можем взять любой объект и осуществить над ним действия:

• видоизменить его внешний вид;
• переместить его;
• поместить команды перемещения и видоизменения внутрь блоков управления;
• добавить звуки;
• и т.д.

В результате выполнения простых команд может складываться сложная модель, в которой будут взаимодействовать множество объектов, наделенных различными свойствами.

Итак Скретч ориентирован на объектное программирование и блочное (т.е. ски и операторы выглядят как детали конструктора из которых собираю программу).