Схема знакомства с исполнителем

Подробное рассмотрение исполнителя Машинист в курсе раннего обучения информатике необходимо, чтобы подготовить базу для введения общего определения исполнителя и типовой схемы изучения программных исполнителей. Знакомя учащихся с этой схемой, учитель сначала обсуждает с детьми последовательно каждый ее этап, а в конце урока эти этапы вырисовываются в единую таблицу, которая становится элементом ряда последующих уроков:

§ Название (имя) исполнителя

§ Среда, в которой работает исполнитель. Для исполнителя Машинист — это компьютерный экран с изображенными на нем вагонами, железнодорожными путями и стрелкой. Если же речь идет о машинисте настоящего маневрового тепловоза, то здесь средой становится сортировочная горка на железнодорожной станции с целой системой стрелок, настоящий тепловоз с радиоаппаратурой для передачи команд и т. п. Описывая среду, важно не обрисовывать второстепенные, иллюстрационные детали, а подчеркнуть, что среда — это условия окружающей обстановки, необходимые и достаточные для выполнения команд из СКИ

§ Как задаются команды? В инсценировке задачи о машинисте автор алгоритма задает команды голосом (задание команды дублируется ее записью на доске); в компьютерном варианте задачи команды набираются на клавиатуре заглавными буквами.

§ Как выполняются команды? Ответ на такой вопрос во многом определяется средой. Возвращаясь вновь к игре с «живыми вагонами», констатируем, что выполнение команды ВПЕРЕД — это перемещение «состава» (группы детей) по «рельсам» (нарисованным на полу линиям). На экране выполнение команды означает перемещение нарисованного состава справа налево — движение до стрелки или от стрелки до вагонов в тупике (или до тупика).

§ Когда возникает сообщение «НЕ МОГУ»? Для каждой команды ситуация, в которой порождается это сообщение, определяется по-разному. Так, исполнитель не может выполнить команду ПРИЦЕПИ, если к локомотиву уже прицеплены все три вагона. В исходном состоянии нельзя дать исполнителю команду НАЗАД, поскольку он стоит в тупике, из которого можно двинуться только вперед. Одно из возможных изображений схемы знакомства с исполнителем:

Структура общей схемы знакомства введена с опорой на пример исполнителя Машинист. Сейчас уместно проследить по предложенной схеме свойства уже известных, ранее использованных на уроках исполнителей, начиная с исполнителей-учеников, выступавших в первых инсценировках, и кончая простым исполнителем Перевозчик: учитель предлагает вызванным ученикам рассказать о том или ином исполнителе, строго следуя схеме, которая находится (сейчас и на нескольких последующих уроках) в центре внимания класса. Не в каждом исполнителе одинаково отчетливо выражены все элементы схемы знакомства. Поэтому после рассмотрения Перевозчика надо провести подобное обсуждение и с другими знакомыми исполнителями. Вот пример — исполнитель Конюх. После достаточно простого описания среды учитель просит назвать все команды, которые понимает и умеет выполнять исполнитель по имени Конюх. Ответ — список команд, осуществляющих правильные перемещения коня на маленькой (3 х 3) клетчатой доске. Таких команд — 16 (число полей, с которых возможны ходы коней на такой доске, — 8; с каждого поля допускаются два возможных хода):

Подходящий тест на понимание:

— Какое сообщение выдаст Конюх в ответ на команду а1-b2? Конечно, ответ легко найти, попытавшись выполнить эту команду на компьютере. Возникает сообщение «Не понимаю» (хотя априорно часть школьников могла бы предположить сообщение «Не могу»: ведь выполняя такую команду, исполнитель должен нарушить принятые правила: конь не может ходить на соседнее поле по диагонали). Важен не столько правильный ответ, сколько его разумное объяснение: команды а1-b2 нет в СКИ Конюха.

Интересен в этом отношении исполнитель Мудрый Крот, который не выдает ни одно из аварийных сообщений. Действительно, Крот запрограммирован так, что он может перемещаться лишь в свободном пространстве или вдоль стенок, но не может проходить сквозь стену. Поэтому, когда, например, справа от Крота — стена, то его «молчаливый» отказ двигаться вправо и следует воспринимать как сообщение «Не могу». Так же обстоит дело с сообщением «Не понимаю»: программа не реагирует на нажатия клавиш, отличающихся от управляющих стрелок. И хотя при нажатии, например, на клавишу BS нет ожидаемой реакции «Не понимаю», тем не менее, именно так следует воспринимать отказ исполнителя выполнить команду: исполнителю задана команда, не входящая в СКИ, т. е. непонятная ему, он молча демонстрирует это непонимание, не выполняя команду. Таким образом, даже в «экзотических» ситуациях, подобных Мудрому Кроту, схема знакомства с исполнителем сохраняет свою методическую универсальную значимость.

Особенности Мудрого Крота (или какого-нибудь другого, наугад выбранного исполнителя), кажущиеся отклонениями от общей схемы знакомства, нельзя оставлять на уровне «экзотики». Далеко не у каждого исполнителя (особенно у исполнителей вне Роботландии) существуют аварийные сообщения «Не могу» и «Не понимаю» в буквально совпадающих «редакциях». Выражения «Не могу» и «Не понимаю» должны восприниматься как ярлыки, как названия двух определенных классов в классификации сообщений исполнителя. Важно не название класса, а существо ситуаций, отнесенных к этому классу. Таким образом, представление об исполнителе создается тогда, когда известно, как реагирует исполнитель, если он попадает в класс ситуаций, называемых «Не могу». В классе таких ситуаций Крот не двигается в ответ на нажатие управляющей стрелки. Его «непослушание» и есть реакция «Не могу». Значение среды в общей схеме знакомства очень важно. Однако во всех рассмотренных примерах — от инсценировок в классе до программных моделей учащиеся не ощущают непосредственно этой важной роли среды. Для того чтобы продемонстрировать среду исполнителя как определяющий компонент схемы общего знакомства с исполнителем, полезно показать школьникам две разные задачи (два разных исполнителя) с совпадающими системами команд. В качестве первой такой задачи можно использовать Машиниста, которому посвящено несколько уроков. После завершения этой серии уроков учитель вводит детей в иную операционную обстановку, иную среду, где все действия совершаются на рельсах, но в совершенно других условиях (не реализованных на компьютере).

В качестве второй задачи (с системой команд, совпадающей со СКИ роботландского Машиниста) можно взять задачу, описанную в давней (1988 года) книге «Роботландия» (Переславль-Залесский, АН СССР, Институт программных систем). Фрагмент задачи приводится ниже. «... По пятницам у Пети Кука хорошее настроение: в этот день по расписанию — его любимая информатика. После привычного начала — проверки домашних заданий, обзора газетных новостей о применениях компьютеров — начинается основная часть урока. Сегодня речь пойдет о новых алгоритмических задачах и новом исполнителе. Учитель начинает с необычного вопроса: — Кто из вас помнит фильм про неуловимых мстителей? — Я! Я! Конечно, помним! — Во фильм! У него еще и продолжение есть! Учитель улыбается, но все же мягко прерывает этот поток восклицаний своим рассказом, пока «воспоминания» не достигли уровня воинственных звукоподражаний «Бах! Бабах! Бум! Тра-та-та-та!» — У юных бойцов было много героических дел. Так много, что они не вместились в знаменитый фильм «Неуловимые мстители». И даже в его продолжение. Сегодня я расскажу вам об одном незнакомом вам боевом эпизоде из их жизни. Класс затаил дыхание. Что же дальше? — Haш бронепоезд двигался к линии фронта. И его очень ждали на боевых позициях: и пушки, и снаряды, а, главное, свежее подкрепление — два взвода молодых бойцов — были так нужны красному полку, уставшему от долгих боев. Путь бронепоезда был нелегок. По окрестным лесам шныряли белогвардейские банды. Их можно было ждать на любом полустанке. Командир, пристально вглядывавшийся вперед, решительно махнул рукой машинисту: «Тормози!». Из-за поворота показалась четверка неуловимых. Еще с рассвета они отправились в разведку, и вот сейчас на своих горячих конях мчались навстречу бронепоезду. — Засада! — доложил запыхавшийся Цыган, осадив коня рядом с командиром. — Большой отряд беляков. С пушками. Даже с танком. Могут взорвать путь. Вперед нельзя! Командир срочно собрал штаб в тесной артиллерийской башне. Солнечный луч через амбразуру ложился на карту фронта. — Боевое задание нельзя не выполнить. Но силы не равны. Надо идти в обход. — В обход-то можно, — угрюмо сказал машинист бронепоезда. — Да ведь на этом одноколейном пути до ближайшей станции — 20 километров. Задним ходом до нее долго двигаться. — Зачем задним? — воскликнула Оксана. В боевой красно-армейской форме ее нельзя было отличить от мальчишки. — Ведь рядом, всего в полукилометре, есть тупик, где можно развернуться. Командир хорошо знал эти места. Он здесь вырос, пахал землю, здесь и воевал. Подумав, он скорее спокойно, нежели сурово, отказался от восторженной идеи Оксаны: - Нет! Не получится! Это совсем маленький тупичок. В него можно загнать только один вагон или только локомотив. А ведь у нас кроме паровоза еще три вагона.». Не прерывая рассказ, учитель рисует план тупика (рис. 3.1):

Рис. 3.1 Исходное состояние задачи о бронепоезде

«Собравшиеся вокруг стола молчали, видимо, согласившись с мнением опытного командира. Вдруг Валерка, самый сообразительный из «неуловимых», вскочил со стула: — Еще как получится! Вот смотрите! И, схватив несколько спичечных коробков, которые должны были изображать вагоны, начал объяснять алгоритм разворота». В этом месте учитель возвращает класс из героической эпопеи гражданской войны к сиюминутным событиям: — Ваша задача, ребята, состоит в том, чтобы восстановить ход рассуждений Валерки. Вы должны описать одно за другим те действия, которые предстоит выполнить машинисту бронепоезда, чтобы развернуться в маленьком тупике одноколейного пути. Напоминаю условия задачи:

1) в состав бронепоезда входят три вагона и локомотив, исходное состояние которых показано на предыдущем рисунке.

2) в тунике можно разместить либо только один вагон, либо только паровоз без вагонов;

3) паровоз может тянуть вагоны за собой и толкать их впереди себя, но в конце разворота он должен находиться в голове состава, направленного в обратную сторону:

Рис. 3.2. Конечное состояние задачи о бронепоезде

4) при маневрировании можно отцеплять и прицеплять вагоны (соединение или разъединение одного вагона — это отдельное действие алгоритма). Итак, за работу. Напишите в тетрадях ваши алгоритмы. Класс работает сосредоточенно. Ведь сейчас в их руках судьба бронепоезда! Думают, пишут, снова думают... Важно отметить, что у этого нового исполнителя точно та же СКИ, что у исследованного уже Машиниста:

 

ВПЕРЕД

НАЗАД

ПРИЦЕПИ

ОТЦЕПИ

СТРЕЛКА

Однако трактовка команд (ответ на вопрос «КАК ВЫПОЛНЯЮТСЯ» в схеме знакомства) совсем иная:

— ВПЕРЕД: движение вперед

· либо до ближайшей закрытой стрелки,

· либо до тупика,

· либо до стоящих на пути вагонов,

· либо за стрелку на основном пути (если стрелки открыты);

— НАЗАД: (аналогично) движение назад либо до ближайшей закрытой стрелки, либо до тупика,

· либо до стоящих на пути вагонов,

· либо за стрелку на основном пути (если стрелки открыты);

— ОТЦЕПИ: отсоединение от состава одного (дальнего от локомотива) вагона;

— ПРИЦЕПИ: соединение с одним (ближайшим к составу) вагоном;

— СТРЕЛКА (команда выполняется только для одной из стрелок, ближайшей к составу).

Рассмотрение этой задачи завершается выводом (уже звучавшим, но еще раз наглядно продемонстрированным): решение зависит от среды и, соответственно, от правил выполнения команд. Урок, включающий подробное обсуждение общей схемы знакомства, продолжает исполнитель Квадратик. Его простота может показаться удивительной: ведь к этому времени дети уже поработали с целой серией существенно более сложных программ. Однако простота Квадратика имеет свое методическое обоснование: учитель ничего не рассказывает о Квадратике (кроме имени). Задача учащихся состоит в том, что они должны самостоятельно научиться работать с этим исполнителем. Такая задача часто встречается в повседневной жизни, когда надо освоить бытовой прибор, техническая документация которого отсутствует. Учитель сразу же дает только что предъявленному новому дидактическому инструменту — плакату-слайду «Общая схема знакомства с исполнителем» — педагогическую нагрузку: по этому плакату школьники должны рассказать о Квадратике. Учитель следит за тем, чтобы дети точно следовали пунктам этой схемы.

1. Новый исполнитель называется Квадратик. Назван он так потому, что с его помощью можно рисовать некоторые простые фигуры и среди них — квадрат.

2. Среда Квадратика — рисованная модель экрана.

3. СКИ составлена из пяти команд:

КВАДРАТ (KB)

ТРЕУГОЛЬНИК (ТР)

ОКРУЖНОСТЬ (ОК)

ЗАКРАСКА (ЗА)

ОЧИСТКА (ОЧ)

Команды этому исполнителю надо задавать, набирая их на клавиатуре заглавными русскими буквами (для упрощения в начальном состоянии программы установлен, по умолчанию, регистр заглавных русских букв). В связи с двойным способом задания команд Квадратика уместно отвлечься для обсуждения методического механизма постепенного сокращения синтаксических конструкций. Сущность этого метода состоит в том, что при первой встрече с тем или иным объектом, он (объект) по требованиям используемого языка записывается длинной синтаксической конструкцией. Конструкция эта, тем не менее, несет отчетливое семантическое наполнение. Работая с такой конструкцией, школьник легко усваивает изучаемое понятие, теряя, правда, темп за счет набора длинных слов на клавиатуре. С усвоением понятия можно использовать его сокращенные формы, которые, возможно, менее выразительны с точки зрения содержания понятия, но существенно ускоряют клавиатурные операции. Так, в Робике — одном из первых учебных языков программирования, ориентированных на младших школьников (Г. А. Звенигородский, «Первые шаги программирования», М.: Наука, 1986), команда присваивания сначала вводилась в своей полной форме:

ЗНАЧЕНИЕ [ИМЕНИ] <имя-1> ПРИСВОИТЬ ИМЕНИ <имя-2>

в которой раскрывалось содержание сложной, но фундаментальной команды присваивания; затем разрешалось опускать некоторые ключевые слова; получалась команда типа

ЗНАЧЕНИЕ АЛЬФА ПРИСВОИТЬ ИМЕНИ БЕТА

Потом оказывалось возможным не писать и слово ЗНАЧЕНИЕ:

АЛЬФА ПРИСВОИТЬ БЕТА

Наконец, вершиной фрагмента темы, посвященной присваиванию, становилось введение условного обозначения, которое заменяло собой ключевое слово ПРИСВОИТЬ:

АЛЬФА -> БЕТА

Школьники, прочувствовав в предшествовавших многочисленных трудоемких упражнениях смысл операции присваивания, встречали этот символ с пониманием и удовлетворением. Вернувшись теперь к исполнителю Квадратик, можно сказать: как ни трудно школьнику набирать длинные слова ТРЕУГОЛЬНИК и ОКРУЖНОСТЬ, следует настоять на том, чтобы в первом упражнении использовались полные варианты команд. С этой целью учитель (пока!) не говорит детям, что означают выделенные цветом первые две буквы в слове-команде. А вот при повторных упражнениях учащиеся узнают, что вместо длинной команды можно использовать ее двухбуквенную сокращенную форму и, как правило, принимают такую рекомендацию с удовольствием.

Если следовать схеме знакомства с исполнителем, то неисследованными остались пункты «Как выполняются команды» и «В каких ситуациях возникает сообщение Не могу». Важно, чтобы эта часть работы была проведена детьми полностью самостоятельно.