Особенности изучения алгоритмизации программирования в основной школе

Департамент образования администрации Владимирской области Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Владимирской области Владимирский педагогический колледж Курсовая работа на тему:

Особенности изучения алгоритмизации программирования в основной школе Выполнила: Васильева О.А.

Студентка группы Инф-491

Приняла: Коршунова Н.И.

Преподаватель по информатике

1. Теоретические основы.

1.1 Определение основных понятий

1.2 Подходы к изучению программирования

1.3 Понятие алгоритма

1.4 Формы представления алгоритма

1.5 Учебный алгоритмический язык

2. Методические особенности изучения раздела «Алгоритм и исполнители»

2.1Содержание раздела в стандарте Заключение Библиографический список

Преподавание информатики в школах нашей страны фактически начиналось с преподавания программирования. В то время даже был провозглашен лозунг: «Программирование — это вторая грамотность». Заметим, что компьютеры в школах тогда практически отсутствовали. Для ЭВМ первых поколений это было достаточно сложным и трудоемким занятием, искусством которого овладевали за многие годы. Прогресс вычислительной техники и развитие программирования привели к тому, что им начало заниматься всё большее число людей, а профессия программиста стала престижной.

Одновременно с революционным развитием аппаратного и программного обеспечения и оснащением современной компьютерной техникой учебных заведений курс информатики претерпел существенные изменения. Наиболее яркая характеристика такого изменения — вымывание программирования из школьного курса информатики.

Следует остановиться на определении программирования. Программирование — это раздел информатики, изучающий вопросы разработки программного обеспечения ЭВМ. В узком смысле под программированием понимают процесс создания программы на одном из языков программирования. Создание прикладных компьютерных программ принято называть прикладным программ.

Изучение алгоритмизации в школьном курсе информатике может иметь два целевых аспекта: первый — развивающий аспект, под которым понимают развитие алгоритмического мышления учащихся; второй — программистский аспект, под которым понимают развитие навыков составление учебных программ. Первый аспект связан с усилением фундаментальной компоненты курса информатики. Ученикам даются представления о том, что такое языки программирования, что представляет собой программа на языках программирования, как создается программа в различных средах. Второй аспект носит профориентационный характер. Профессия программиста в наше время является достаточно распространенной и престижной. Изучение программирования в рамках школьного курса позволяет ученикам испытать свои способности к такого рода деятельности.

Объект данной курсовой работы — это алгоритмическая содержательная линия школьного курса информатики, которая включает в себя вопросы, связанные с методами и средствами формализованного описания действий исполнителя.

Предмет — это методические особенности изучение раздела «алгоритм и исполнители» непосредственно в базовом курсе информатики.

Цель курсовой работы — раскрыть методические особенности изучения раздела «алгоритм и исполнители» в базовом школьном курсе информатики, представив разнообразные подходы, применяемые различными авторами для построения раздела, и выявив их существенные различия.

1. Теоретические основы

1.1 Определение основных понятий

Существует несколько парадигм (образчиков) программирования:

процедурное;

логическое;

функциональное;

объектно-ориентированное.

Процедурное программирование является универсальным и наиболее распространённым видом программирования. Для него существует наибольшее количество языков программирования. К ним относятся: Ассемблер, Фортран, Бейсик, Паскаль.

Логическое программирование в основном представлено языком Пролог. Этот язык основан на логических построениях. Логическое программирование предполагает, что компьютер должен уметь работать по логическим построениям, которыми пользуется человек.

Функциональное программирование использует так называемый декларативный язык программирования, который построен на предварительном описании данных и явных указаниях о том, что должно получиться в результате. В этом случае программа представляет собой совокупность определенных функций, которые являются также блоками текста программы. Например, функцией принтера является печатание, функцией текстового редактора — подготовка документа.

Объектно-ориентированное программирование имеет в своей основе понятие объекта, как элемента программирования, соединяющего в себе данные и действия над ними. Такой подход позволяет упростить программирование и сделать его более естественным для человека. Типичными языками объектно-ориентированного программирования являются Visual Basic, Delphi, С++

Обучение программированию включает в себя три части:

1) изучение методов построения алгоритмов;

2) изучение языков программирования;

3) изучение и освоение какой-либо системы программирования.

Первая и вторая части изучаются в базовом курсе информатики, а системы программирования обычно изучаются в профильном обучении.

Каждый язык программирования предназначен для решения определенного класса задач:

Фортран — старейший язык программирования, предназначен для решения математических задач .

Кобол — для решения экономических задач

Бейсик, Pascal — для обучения

Java (джава) — язык сетевого программирования.

1.2 Подходы к изучению программирования

Рассмотрим два подхода к изучению языка программирования: формальный и «программирование по образцу». Первый основан на формальном (строгом) описании конструкций языка программирования тем или иным способом (с помощью синтаксических диаграмм, или формального словесного описания, в частности, семантики) и использовании при решении задач только изученных, а, следовательно, понятных элементов языка. При втором же подходе школьникам сначала выдаются готовые программы, рассказывается, что именно они делают, и предлагается написать похожую программу или изменить имеющуюся, не объясняя до конца ряд «технических» или несущественных, с точки зрения учителя, для решения задачи деталей. При этом говорится, что точный смысл соответствующих конструкций вы узнаете позднее, а пока поступайте аналогичным образом. Второй подход дает возможность так называемого «быстрого старта», но создает опасность получить полуграмотных пользователей среды программирования. В связи с изучением базового курса предмета в 7−9 классах, программирование в 9 классе стало изучаться в меньшем объеме, на уровне знакомства с одним из языков программирования, но основные конструкции языка были востребованы в некоторых других разделах информатики (устройство компьютера, логика, электронные таблицы) В практике при работе с 9-классниками лучше использовать первый, формальный подход. При этом некоторыми неформальными умениями эти школьники чаще всего уже обладают. Одна из задач школьной информатики — научить именно формальному подходу, в частности, при применении различных определений. И формальное изучение языка программирования этому немало способствует. Но и без хороших примеров (образцов) при обучении программированию школьников не обойтись. И чем младше ученики, тем больше примеров необходимо приводить при описании языка. В этом случае сильные ученики получат возможность понять все досконально и смогут использовать полученные знания в дальнейшем, а средние — приобретут конкретные навыки и оставят для себя возможность вернуться при необходимости к формальным определениям позже.

Методика обучения программированию

Основные понятия, которые с которыми учащиеся знакомятся в курсе изучаемого раздела это-алгоритм, исполнитель алгоритма, система команд исполнителя, способы записи алгоритма, формальное исполнение алгоритма, алгоритмический язык, блок схема, линейный, разветвляющийся, циклический, и вспомогательный алгоритмы, системы программирования.

Применение знаний, полученных на уроке информатики, во внеклассной деятельности позволяет углубить знания детей в этой области, проявить творчество, изобретательность, развить способности.

Теоретический и практический объем знаний и умений, который должен приобрести ученик в процессе изучения темы «Понятие алгоритма. Программирование» настолько велик, что требует большой подготовки учителя, наличия теоретического и методического материала. Для того чтобы ученик действительно научился программировать, он должен:

уметь приводить примеры алгоритмов, перечислять свойства алгоритмов;

уметь определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд;

знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;

уметь строить и исполнять алгоритмы для учебных исполнителей;

уметь использовать стандартные алгоритмы для решения учебных задач;

уметь записать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решения простой задачи;

уметь составлять простейшие алгоритмы и записывать их различными способами;

знать один из языков программирования, основные алгоритмические конструкции языка и соответствующие им операторы языка программирования, подпрограммы: функции, процедуры, рекурсии;

знать переменные величины: тип, имя, значение, уметь их описывать;

знать структурированные типы данных: массивы, записи, файлы;

уметь решать основные учебные задачи:

упорядочивание массива;

поиск минимального и максимального элементов массива с указанием их местоположения;

определение количества одинаковых и разных букв в тексте, количества слов в тексте;

уметь работать с записями и файлами;

уметь разработать программу методом последовательной детализации (сверху вниз) и сборочным методом (снизу вверх);

знать машинную графику. Уметь построить график функции, создать движущиеся изображения, моделировать простейшие физические процессы;

уметь применять численные методы, создавать диалоговые программы. Знать различные технологии программирования;

знать объектно-ориентированное программирование: объект, свойства объекта, операции над объектом.

Перейдем к методике обучения, неотъемлемой частью которой является и сам изучаемый материал. Поэтому в конце приведем содержание первого урока по программированию. За рамками рассмотрения оставляем основы использования выбранной среды программирования, которые на первом уроке вкратце должны быть продемонстрированы: как создать новый файл для редактирования текста программы, как его сохранить и в дальнейшем открыть, как запустить программу на компиляцию и выполнение и как увидеть результат работы программы. Подразумевается, что с основами редактирования текстов и работы с файлами операционной системы учащиеся уже знакомы. Несмотря на все сделанные выше замечания, проведем первый урок неформально, а именно, научимся писать простейшие программы, без строгого описания их синтаксиса и введения формальных определений таких понятий, как оператор.

Урок 1

Цель первого урока заключается в том, чтобы продемонстрировать основы работы в среде программирования. Работа программы не имеет смысла, если она не содержит выдачи какой-нибудь информации. Поэтому урок мы дополним правилами выдачи информации в языке Pascal. Они даны практически в полном виде и для первого урока могут показаться избыточными. Но, выполнив соответствующие упражнения, школьники должны освоить основные принципы вывода в языке Pascal, а при необходимости в дальнейшем они всегда смогут вернуться к материалам урока.

Простейшая программа на языке Pascal

Заголовок программы

состоит из зарезервированного слова program и имени программы, так называемого идентификатора. Завершается заголовок, так же как и любая другая строка программы, точкой с запятой.

Идентификатор — это имя, свободно избираемое программистом для элементов программы (Процедур, Функций, Констант, Переменных и Типов данных). Идентификатор должен удовлетворять следующим условиям:

должен начинаться с латинской буквы или с символа подчёркивания;

TP не различает большие и малые буквы;

начиная со второй позиции можно применять наряду с буквами цифры;

пробел в TP является разделителем и не может присутствовать внутри идентификатора;

зарезервированные слова (такие как begin, end, program в качестве идентификатора не допускаются; - max длина идентификатора при сравнениях 63 символа.

Тело программы начинается словом begin, а заканчивается словом end с точкой, которая является признаком конца программы.

Операция присваивания применяется для записи информации в объявленную в программе переменную. Знак операции присваивания «:=» двоеточие равно.

Оператор ввода информации — Readln (a);

Операторы вывода информации — Writeln.

Чтобы вывести текстовое сообщение на экран, его необходимо ограничить специальными знаками апострофа. Write ('Эта строка, от апострофа до апострофа, будет выведена.');

Пример:

1.3 Понятие алгоритма

Появление алгоритмов связано с именем математика Аль Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических действий. Первоначально под алгоритмом понимали только правила выполнения четырех арифметических действий над числами. В дальнейшем это понятие стали использовать вообще для обозначения последовательности действий, приводящих к решению любой поставленной задачи. Само слово «алгоритм» возникло в Европе после перевода на латынь книги этого среднеазиатского математика, в котором его имя писалось как «Алгоритми».

Научное определение понятия алгоритма дал А. Черч в 1930 году. Позже и другие математики вносили свои уточнения в это определение.

Говоря об алгоритме вычислительного процесса, необходимо понимать, что объектами, к которым применялся алгоритм, являются данные. Алгоритм решения вычислительной задачи представляет собой совокупность правил преобразования исходных данных в результатные.

В дальнейшем дается определение понятие алгоритма.

Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или на решение поставленной задачи.

Алгоритм — описание последовательности действий (план), исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

Алгоритм — понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящую от исходных данных к искомому результату.

Всякий алгоритм составляется в расчете на определенного исполнителя. Им может быть человек, робот, компьютер и др. Вопрос о рассмотрении человека в этом качестве является спорным, но в рамках данной работы мы будем придерживаться мнения о человеке, как исполнителе алгоритма.

Исполнитель — объект, который выполняет алгоритм.

Алгоритм может выполнить тот, кто понимает все его команды и может их выполнить. Таким образом, мы видим, что алгоритм не имеет смысла, если неизвестны или не учитываются возможности того, кто будет исполнять этот алгоритм, то есть возможности исполнителя. Поэтому нам потребуется еще одно определение «система команд исполнителя».

Система команд исполнителя — совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнить.

Многие алгоритмы, составленные для исполнителя-человека, часто предполагают наличие у человека некоторого дополнительного объема знаний, умений, интуиции и, естественно, здравого смысла. Например, в алгоритме перехода улицы предполагается, что исходное положение пешехода (исполнителя алгоритма) — лицом к улице, что он будет переходить улицу в разрешенном для этого месте. Предполагается также, что пешеход сообразит, что пропускать нужно транспорт, который не стоит, а движется, причем в сторону пешехода, и находится уже недалеко от перехода. Эти и множество других на первый взгляд мелочей нужно было бы обязательно учесть, если бы алгоритм предназначался для самостоятельных прогулок по городу робота.

Создание и использование в качестве исполнителей различных автоматов, роботов и компьютеров предъявляют очень строгие требования к точности описания алгоритмов их работы. Это связано с тем, что каждое автоматическое устройство имеет ограниченный, строго определенный набор законченных действий, которые (и только такие) оно может исполнять.

Для выполнения всякой работы, решения поставленной задачи исполнитель на входе получает алгоритм и исходные данные, а на выходе получает требуемые результаты.

Иногда при выполнении алгоритма возникает ситуация, когда исполнитель не может выполнить очередное предписание, несмотря на то что оно имеется в его системе команд. Такую ситуацию называют отказом.

Например, дан следующий алгоритм для исполнителя — человека.

1. Сделать один шаг вперед.

2. Повернуться направо.

3. Поднять вверх правую руку.

4. Поднять вверх левую руку.

5. Опустить вниз правую руку.

6. Поднять вверх левую руку При выполнении шестой команды алгоритма исполнитель обнаруживает, что выполнить это предписание не удается, так как его рука уже находится в поднятом состоянии.

Как вы поняли, каждый алгоритм должен быть понятен исполнителю, поэтому алгоритм должен быть записан на понятном для исполнителя языке, и эта запись называется программой.

Программа — запись алгоритма на языке исполнителя.

Основными свойствами алгоритма являются:

детерминированность (определенность). Это свойство указывает, что любое действие в алгоритме должно быть строго и недвусмысленно определено и описано для каждого случая;

результативность. Указывает на наличие таких исходных данных, для которых реализуемый по заданному алгоритму вычислительный процесс должен через конечное число шагов остановиться и выдать искомый результат;

массовость. Это свойство предполагает, что алгоритм должен быть пригоден для решения всех задач данного типа. Свойство массовости подразумевает использование переменных в качестве исходных данных алгоритма;

дискретность. Означает расчлененность определяемого алгоритмом вычислительного процесса на отдельные этапы, возможность выполнения которых исполнителем не вызывает сомнений. Только выполнив одну команду, исполнитель может приступить к выполнению следующей;

Понятность. Алгоритм должен быть понятен исполнителю и исполнитель должен быть в состоянии выполнить его команды.

1.4 Формы представления алгоритма

Алгоритм должен быть формализован по некоторым правилам посредством конкретных изобразительных средств. К ним относятся следующие способы записи алгоритмов: словесный, формульно-словесный, графический, язык операторных схем, программа (алгоритмический язык).

Словесный способ представления несложен, но имеет недостатки. Главный недостаток состоит в том, что при таком способе допускается некоторая произвольность изложения, нет четких стандартов описания. Сложные задачи с анализом условий, с повторяющимися действиями и возвратами к предыдущим пунктам трудно представляются в словесном и словесно-формульном виде.

Наибольшее распространение благодаря своей наглядности получил графический способ записи алгоритмов. Одной из форм такого представления являются рисунки, но более строгая формализованная форма — это схемы или графы.

Наиболее распространенной формой представления алгоритма является блок-схема.

Блок-схемой называется графическое изображение логической структуры алгоритма, в котором каждый этап процесса обработки информации представляется в виде геометрических символов (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций.

- Арифметический блок (операции присваивания)

— Блок ввода — вывода информации

— Условный (логический) блок — проверка условия

— Блок начала — конца алгоритма

— Соединитель — для соединения удаленных блоков Любой, даже самый сложный алгоритм, можно представить с помощью трех основных конструкций (структур): последовательности, ветвления и цикла. Каждая структура имеет один вход и один выход.

· В структуре «последовательность» действия выполняются последовательно, сверху вниз, без возвратов (рис. 1, а);

· В структуре «ветвление» выполняется либо одна, либо другая группа действий в зависимости от истинности (выполнения) или ложности (невыполнения) условия

· В структуре «цикл» действия повторяются до тех пор, пока выполняется заданное условие Рис. 1 — Выполнение заданных условий В зависимости от того, какие базовые структуры использованы при составлении алгоритмов, различают три основные разновидности алгоритмов:

· линейный;

· ветвящийся;

· циклический.

Линейным называется такой алгоритм, в котором все этапы решения задачи выполняются в естественном порядке следования записи этих этапов.

Ветвящимся называется такой алгоритм, в котором выбор направления обработки информации зависит от исходных или промежуточных данных (от результатов проверки выполнения какого-либо логического условия).

Различают полную и неполную форму ветвления.

При полной форме ветвления действия выполняются в обоих случаях: и при истинности и при ложности условия. Ей соответствует следующее выражение: если <�условие>, то <�действие 1>, иначе <�действие 2>.

Неполной форме ветвления соответствует выражение: если <�условие>, то <�действие 1>.

Циклом называется многократно повторяемый участок вычислений. Алгоритм, содержащий один или несколько циклов, называется циклическим.

Основные понятия циклического алгоритма:

1. счетчик цикла — переменная, которая изменяет свое значение при переходе от цикла к циклу;

2. тело цикла — действия, которые повторяются;

3. начальное значение счетчика цикла — значение, от которого начинает изменяться счетчик цикла;

4. конечное значение счетчика цикла — значение, до которого изменяется счетчик цикла;

5. шаг — значение, на которое изменяется счетчик цикла.

По количеству выполнения циклы делятся на циклы с определенным (заранее заданным) числом повторений и циклы с неопределенным числом повторений. Количество повторений последних зависит от соблюдения некоторого условия, задающего необходимость выполнения цикла. При этом условие может проверяться в начале цикла — тогда речь идет о цикле с предусловием, или в конце — тогда это цикл с постусловием.

Вспомогательный алгоритм — это блок последовательных действий в основном алгоритме, который выделен в качестве самостоятельного алгоритма, имеющего свое имя. [3]

Вспомогательные алгоритмы выступают в качестве сменных блоков алгоритма, которые могут быть составлены заранее и использованы в разных блок-схемах. Чем крупнее блоки, тем легче проходит сборка алгоритма. Вспомогательный алгоритм всегда является вложенным, если он включается в другой алгоритм. Но вложенная конструкция не является вспомогательным алгоритмом до тех пор, пока ей не дано имя.

К вспомогательным алгоритмам можно отнести процедуры, которые описываются перед выполнением основной программы и служат для выполнения одинаковых действий с различными параметрами.

При разработке алгоритма необходимо пройти минимум две стадии — сначала алгоритм должен быть понятен тому, кто его разрабатывает, а затем его следует преобразовать с учетом специфики среды. В том случае, если эти действия станет выполнять сам разработчик алгоритма, вторая стадия будет отсутствовать.

1.5 Учебный алгоритмический язык

Учебный алгоритмический язык — это средство для записи алгоритмов в виде, промежуточном между записью алгоритма на естественном (человеческом) языке и записью на языке ЭВМ (языке программирования).

К достоинствам учебного алгоритмического языка относится его простота, а также то, что алгоритм записывается на русском языке при помощи некоторого ограниченного числа слов, смысл и способ употребления которых строго определены. Эти слова называются служебными словами.

Для того чтобы выделять служебные слова среди других слов языка, их при письме подчеркивают.

Запись алгоритма на учебном алгоритмическом языке состоит из заголовка и тела алгоритма. Тело алгоритма заключается между ключевыми словами нач и кон и представляет собой последовательность команд алгоритма. Заголовок включает название алгоритма, отражающее его содержание, списки исходных данных (аргументов) и результатов.

Признаком заголовка алгоритма является ключевое слово алг.

Итак, алгоритм, записанный на учебном алгоритмическом языке, имеет следующую форму:

алг — название алгоритма

aрг — список исходных данных рез — список результатов нач, кон — последовательность команд алгоритма Изучение школьного алгоритмического языка целесообразно начать с команды присваивания, она является одной из основных команд.

Записывается она так:

<�переменная> := <�выражение>

Знак «: =» читается «присвоить».

В случае, когда величина, которой присваивается значение, входит и в правую часть команды, происходит следующее:

1) значение выражения, записанного в правой части команды присваивания, вычисляется с использованием текущих значений всех величин, входящих в это выражение;

2) переменной присваивается новое вычисленное текущее значение. При этом предшествующее значение переменной уничтожается.

Следовательно, команда b: = а + b означает, что к предыдущему текущему значению величины b прибавляется значение переменной, а и полученный результат становится новым текущим значением величины b.

Этот пример иллюстрирует три основных свойства присваивания:

1) пока переменной не присвоено значение, она остается не определенной;

2) значение, присвоенное переменной, сохраняется в ней вплоть до выполнения следующего присваивания этой переменной нового значения;

3) новое значение, присвоенное переменной, заменяет ее предыдущее значение.

Теперь познакомимся с базовыми структурами, начнем с такой операции как «следование». Образуется последовательностью действий, следующих одно за другим:

действие 1

действие 2

.. .. .. .. .

действие n

Следующей рассмотрим базовую структуру «ветвление». Она обеспечивает в зависимости от результата проверки условия (да или нет) выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма будет продолжаться независимо от того, какой путь будет выбран. Структура ветвление существует в четырех основных вариантах:

1. если—то;

если условие то действия все

2. если—то—иначе;

если условие то действия 1

иначе действия 2

все

3. выбор выбор при условие 1: действия 1

при условие 2: действия 2

.. .. .. .. ... .

при условие N: действия N

{иначе действия N+1}

все И, наконец, базовая структура цикл с помощью школьного алгоритмического языка будет выглядеть следующим образом.

Цикл типа пока

Предписывает выполнять тело цикла до тех пор, пока выполняется условие, записанное после слова пока.

нц пока условие тело цикла

(последовательность действий) Кц

Цикл типа для

Предписывает выполнять тело цикла для всех значений некоторой переменной (параметра цикла) в заданном диапазоне.

нц для i от i1 до i2

тело цикла

(последовательность действий) Кц алгоритм программирование формализованный исполнитель

2. Методические особенности изучения раздела «Алгоритм и исполнители»

2.1 Содержание раздела в стандарте

Прежде всего, необходимо сказать, что общеобразовательный стандарт по информатике является нормативным документом, определяющим требования:

· к месту базового курса информатики в учебном плане школы;

· к содержанию базового курса информатики в виде обязательного минимума содержания образовательной области;

· к уровню подготовки учащихся в виде набора требований к знаниям, умениям, навыкам и научным представлениям школьников;

· к технологии и средствам проверки и оценки достижения учащимися требования образовательного стандарта.

Общеобразовательная область, представляемая в учебном плане школы курсом информатики, может быть рассмотрена в двух аспектах.

Первый аспект — системно-информационная картина мира, общие информационные закономерностям строения и функционирования самоуправляемых систем (биологические системы, общество, автоматизированные технические системы). Специфической особенностью этих систем является свойство их целесообразного функционирования, определяемое наличием в них органов, управляющих их поведением на основе получения, преобразования и целенаправленного использования информации.

Второй аспект данной общеобразовательной области-методы и средства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации, решения задач с помощью компьютера и других средств новых информационных технологий. Этот аспект связан прежде всего с подготовкой учащихся к практической деятельности, продолжению образования.

Таким образом, совокупный предмет рассматриваемой общеобразовательной области имеет комплексный характер. Каждая его часть имеет различный удельный вес в реализации отдельных педагогических функций этой общеобразовательной области.

Анализ опыта преподавания курса основ информатики и вычислительной техники, новое понимание целей обучения информатике в школе, связанное с углублением представлений об общеобразовательном, мировоззренческом потенциале этого учебного предмета, показывает необходимость выделения нескольких этапов овладения основами информатики и формирования информационной культуры в процессе обучения в школе.

В данной курсовой работе рассматривается второй этап овладения основами информатики — базовый курс (VII-IX классы), обеспечивающий обязательный общеобразовательный минимум подготовки школьников по информатике. Он направлен на овладение учащимися методами и средствами информационной технологии решения задач, формирование навыков сознательного и рационального использования компьютера в своей учебной, а затем профессиональной деятельности. Изучение базового курса формирует представления об общности процессов получения, преобразования, передачи и хранения информации в живой природе, обществе, технике.

Представляется, что содержание базового курса может сочетать в себе все три существующих сейчас основных направления в обучении информатике в школе и отражающих важнейшие аспекты ее общеобразовательной значимости:

· мировоззренческий аспект, связанный с формированием представлений о системно-информационном подходе к анализу окружающего мира, о роли информации в управлении, специфике самоуправляемых систем, общих закономерностях информационных процессов в системах различной природы:

· «пользовательский» аспект, связанный с формированием компьютерной грамотности, подготовкой школьников к практической деятельности в условиях широкого использования информационных технологий;

· алгоритмический (программистский) аспект, связанный в настоящее время уже в большей мере с развитием мышления школьников.

Основные содержательные линии курса охватывают следующие группы вопросов:

· вопросы, связанные с пониманием сущности информационных процессов, информационными основами процессов управления в системах различной природы; вопросы, охватывающие представления о передаче информации, канале передачи информации, количестве информации (условно — «линия информационных процессов»);

· способы представления информации (условно — «линия представления информации»);

· методы и средства формализованного описания действий исполнителя (условно — «алгоритмическая линия»);

· вопросы, связанные с выбором исполнителя для решения задачи, анализом его свойств; возможностей и эффективности его применения для решения данной задачи (условно назовем эту линию «линией исполнителя»);

· вопросы, связанные с методом формализации, моделированием реальных объектов и явлений для их исследования с помощью ЭВМ, проведение компьютерного эксперимента (условно — «линия формализации и моделирования);

· этапы решения задач на ЭВМ, использование программного обеспечения разного типа для решения задач, представление о современных информационных технологиях, основанных на использовании компьютера (условно — «линия информационных технологий»).

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

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.

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).

Таблица 2.1

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 2.2

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.