Роль изучения вопросов моделирования и формализации в решении задач общеобразовательного курса информатики.

1. Роль изучения вопросов моделирования и формализации в решении задач общеобразовательного курса информатики. Современные тенденции развития ин­формационных технологий выдвигают изуче­ние вопросов, связанных с моделированием и формализацией, в число основных задач курса информатики. Универсальность техно­логии информационного моделирования по­зволяет рассматривать ее как основной ком­понент формирования представлений о на­учных основах информационных технологий в школьном курсе информатики. Это обу­словлено двойственностью информационно­го моделирования. С одной стороны, это це­ленаправленный информационный процесс, обладающий четко выраженной технологич­ностью. Структура процесса моделирования представляет собой последовательность таких основных этапов, как постановка зада­ния, выбор (построение) модели, ее исследо­вание, экстраполяция знания с модели на оригинал. С другой стороны, информацион­ное моделирование — это инструмент, ис­пользуемый для построения других информа­ционных технологий. Вместе с тем в школьном курсе информа­тики понятие моделирования рассматривает­ся в узком смысле, в основном как процесс построения собственно модели. Термины «моделирование», «модель», «формализация» четко не разграничиваются, а в ряде случаев трактуются как синонимы. При этом основ­ной акцент делается на компьютерную реали­зацию модели, являющуюся не более чем инструментом решения задач, а вопросы ор­ганизации информационного процесса моде­лирования (от постановки задачи до анализа результатов) остаются в тени. Как следствие, умения и навыки практико-ориентированно­го применения информационных технологий (как в других предметах, так и в практической деятельности) формируются у учащихся в крайне ограниченном объеме. В связи с этим принципиально важное значение приобретает взаимосвязанное изу­чение научных основ и методов практическо­го применения моделирования и формализа­ции на основе четкого формирования систе­мы базовых понятий и рассмотрения техно­логии моделирования в качестве целенаправ­ленного информационного процесса. Анализ моделирования и формализации как целенаправленного информационного процесса позволяет установить следующий обязательный минимум содержания изучения информационного моделирования: 1. Понятие о моделировании как целена­правленном информационном процессе. 2. Представление о сферах применимос­ти моделей и возможностях моделирования. 3. Классификация моделей, признаки(основания) классификации моделей, 4. Понятие, виды и примеры информа­ционных моделей. 5. Цели и технология реализации про­цесса моделирования. 6. Этапы построения информационной модели. 7. Понятие и содержание процессов фор­мализации. 8. Понятие адекватности модели. 9. Методика планирования и проведения компьютерных экспериментов с моделью. 10. Использование технологии информа­ционного моделирования как средства для разработки других информационных технологий. Цели моделирования. 1. Познание окружающего мира. Зачем человек создает модели? Чтобы ответить на этот вопрос, надо заглянуть в далекое прошлое. Несколько миллионов лет назад, на заре человечества, первобыт­ные люди изучали окружающую природу, чтобы научиться противостоять природ­ным стихиям, пользоваться природными благами, просто выживать. Накопленные знания передавались из поколения в поколение устно, позже пись­менно, наконец, с помощью предметных моделей. Так родилась, к примеру, модель земного шара — глобус, — позволяющая получить наглядное представление о фор­ме нашей планеты, ее вращении вокруг собственной оси и расположении матери­ков. Такие модели позволяют понять, как устроен конкретный объект, узнать его основные свойства, установить законы его развития и взаимодействия с окружаю­щим миром моделей. 2. Создание объектов с заданными свойствами (задача типа «Как сделать, чтобы...»). Накопив достаточно знаний, человек задал себе вопрос: «Нельзя ли создать объект с заданными свойствами и возможностями, чтобы противодействовать стихиям или ставить себе на службу природные явления?» Человек стал строить модели еще не существующих объектов. Так родились идеи создания ветряных мельниц, различ­ных механизмов, даже обыкновенного зонтика. Многие из этих моделей стали в настоящее время реальностью. Это объекты, созданные руками человека. 3. Определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения (задача типа «Что будет, если...»: что будет, если увеличить плату за про­езд в транспорте, или что произойдет, если закопать ядерные отходы в такой-то местности?) Например, для спасения Петербурга от постоянных наводнений, приносящих огромный ущерб, решено было возвести дамбу. При ее проектировании было по­строено множество моделей, в том числе и натурных, именно для того, чтобы пред­сказать последствия вмешательства в природу. 4. Эффективность управления объектом (или процессом). Поскольку критерии управления бывают весьма противоречивыми, то эффек­тивным оно окажется только при условии, если будут «и волки сыты, и овцы целы». Например, нужно наладить питание в школьной столовой. С одной стороны, оно должно отвечать возрастным требованиям (калорийное, содержащее витамины и минеральные соли), с другой — нравиться большинству ребят и к тому же быть «по карману» родителям, а с третьей — технология приготовления должна соответ­ствовать возможностям школьных столовых. Как совместить несовместимое? Построение модели поможет найти приемлемое решение. 2. Научно-методические основы представления вопросов моделирования и формализации в содержании обучения информатике по принципу «двойного вхождения» – как в качестве отдельного самостоятельного раздела, так и в качестве «сквозной» линии «Моделирование и формализация» по отношению ко всему содержанию курса информатики. В период перехода к информационному обществу одним из важнейших аспектов деятельности человека становится умение оперативно и качественно работать с информацией, привлекая для этого современные средства и методы. Это добавляет к целям школьного образования еще одну цель – формирования уровня информационной культуры, соответствующего требованиям информационного общества. Учитывая размытость границ научной области информатики и невозможность в рамках школьного образования осветить весь спектр ее направлений, актуальной представляется разработка такой концепции преподавания, где наиболее ярко выделены те направления, которые послужат развитию учащихся, помогут сформировать их системное мировоззрение и позволят им овладеть современными информационными технологиями. Системно-информационный курс информатики базируется на идеях системного анализа и использования для их реализации компьютерных технологий. Одним из инструментов системного анализа и синтеза систем является информационное (абстрактное) моделирование, проводимое на компьютере. Учитывая все вышесказанное, в качестве основной из целей информатики можно выделить следующее: обучение системному подходу к анализу и исследованию структуры и взаимосвязей информационных объектов, которые являются моделями реальных объектов и процессов. В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия «Моделирование и формализация». Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, основные типы информационных моделей. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики. Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важнейшую педагогическую задачу – развитие системного мышления учащихся, так как работа с огромными объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Умение систематизировать данные – главнейший компонент компьютерной грамотности учащихся. Не случайно, в процессе развития школьной информатики следует отметить значительное увеличение веса данной линии в общем содержании курса.  Понятие модели – центральное понятие курса информатики, которое как красная нить должно проходить по всему содержанию курса, поскольку формализация и моделирование являются базовыми компонентами при изучении всех разделов информатики. Правильный подход к преподаванию линии «Моделирование и формализация» позволит оказать существенное влияние на общее развитие и формирование мировоззрения учащихся, а также решить многие задачи в полном их объеме. Уроки, ориентированные на моделирование, должны выполнять развивающую, общеобразовательную функцию, поскольку при их изучении учащиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности – методом компьютерного моделирования. Способом разрешения этих проблем может быть объединение всех вопросов курса информатики, так или иначе относящихся к систематизации и структурированию информации, в единый модуль. При этом можно руководствоваться принципом двойного вхождения Вадима Семеновича Леднева о том, что каждая из базисных содержательных линий должна входить в общую структуру содержания двояко - как отдельный самостоятельный модуль (рассматриваться как объект изучения), так и в качестве “сквозной” линии по отношению ко всем другим модулям (задавать аспект изучения и применения). В настоящее время различные процедуры систематизации и структурирования применяются при изучении большинства тем информатики. То есть, как сквозная линия курса данные вопросы в содержании курса присутствуют. Но их важность для формирования умения работы с информацией так велика, что целесообразно рассматривать их и как объект изучения. Для этого необходимо выделить самостоятельный модуль, в котором можно целенаправленно изучать общие методы систематизации, базовые структуры данных, связь систематизации с моделированием и кодированием и т.п. В качестве общей методологической базы построения методики обучения систематизации и структурированию информации целесообразно выбрать системный подход, как наиболее соответствующий целям и видам учебной деятельности. 3. Конкретизация требований к результатам изучения раздела «Моделирование и формализация» с учетом новых образовательных стандартов. Цель обучения: • сформировать представление о подходах к классификации моделей; • сформировать представление о разновидностях информационных моделей в зависимости от формы представления. • выработать ориентировочную основу действий учащихся при проведении моделирования; • познакомить учащихся с кругом задач, для которых можно проводить моделирование в прикладных программных средах; • закрепить умения работы в прикладных программных средах, полученные в 7-м классе. Учащиеся должны знать: • что такое модель, • типы моделей, • этапы решения задач на ЭВМ, • этапы моделирования, • принципы построения модели задачи, • цели проведения компьютерного эксперимента. • основные виды классификации моделей; • основные признаки классификации моделей; • характеристику рассматриваемых классов моделей; • классификацию информационной модели. • методику и основные этапы моделирования; • технологию работы в средах общего назначения. Учащиеся должны уметь: • приводить примеры моделирования и формализации, • строить модели с помощью компьютера, • проводить компьютерные вычислительные эксперименты. • приводить примеры моделей, относящихся к определенному классу; • проводить формализацию задач; • моделировать в среде текстового процессора; • моделировать в среде графического редактора; • моделировать в среде табличного процессора; • моделировать в среде системы управления базой данных. 4. Анализ авторских подходов в различных учебниках (напр, Семакин И.Г., Босова Л.Л.); выбор подхода к построению методики изучения раздела/линии/темы «Моделирование и формализация». Линия «Моделирование и формализация» появилась в программе обязательного минимума ФГОС ООО второго поколения относительно недавно, поэтому она находится в роцессе активного изучения и рассмотрения. Чтобы разработать методику изучения содержательной линии «Моделирование и формализация» требуется проявить творческие способности и использовать инновационный подход. Совокупность понятий, относящихся к данной теме, представляют собой аналитический инструмент, который совершенствует мировоззренческие взгляды на мир как на информационную систему. Разработка процессов моделирования вносит новизну в рассмотрении информации и культуры, так же формирует компетенции учащихся в сфере исследования рынка профессий и ее выбора. С целью рассмотрения привычных путей исследования естественнонаучных дисциплин, необходимо научиться использовать персональный компьютер как инструмент учебной деятельности. Данный подход к использованию компьютера поможет также увеличить экспериментально-исследовательские способности учащихся, что поможет активизировать процесс познания в реальном времени. При изучении содержательной линии «Моделирование и формализация» можно использовать цифровые образовательные ресурсы, представленные на портале Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов. Цифровые образовательные ресурсы могут быть использованы на уроках учителем и учащимися при самостоятельном изучении темы. Рассмотренный способ изучения линии «Моделирование и формализация» способствует развитию мотивации к более подробному и активному изучению этой линии, расширяется кругозор и познавательная деятельность, это приводит к прогнозируемому улучшения качества сформированных знаний и умений по теме «Моделирование и формализация». Проанализировав раздел «Моделирование и формализация» в некоторых учебниках я пришел к следующим выводам. В учебнике Босовой Л.Л. основной акцент сделан на реализации общеобразовательного потенциала курса, на формировании фундаментальных представлений за счет систематизации, теоретического осмысления и обобщения имеющихся у школьников опыта. В учебнике Н.Д. Угриновича акцент делается на практические умения учащихся и коммуникационные технологии. В учебнике И.Г. Семакина внимание акцентируется на персональном компьютере, его устройстве и непосредственном назначении. На основании вышеизложенного можно сказать, что более углубленное изучение темы «Моделирование и формализация» представлено в учебнике Н.Д. Угриновича. Наиболее эффективным методом изучения данной содержательной линии, на мой взгляд будет программированное обучение. Рассмотрим данный метод более подробно. Под методом программированного обучения следует понимать принятие помощи обучающих программ и компьютера в усвоении учебного материала. Учебный материал, включающий в себя, познавательную информацию, разделенную на несколько частей, представляет собой дозируемый учебный материал. Используя данную методику в обучении необходимо определить методологическую базу, сделать акцент на то, что учащиеся должны знать, понимать, проводить анализ логической системы курса, выделять и исключать все повторяющееся и аналогичное. Объем и сложность подаваемой информации имеет прямую зависимость с индивидуально-личностными особенностями каждого из учеников класса. Каждому учащемуся в силу своих индивидуальных особенностей требуется различное количество времени для полного понимания и овладения учебным материалом. Таким образом, процесс обучения направлен на каждого учащегося в отдельности, что приводит к индивидуализации процесса обучения. Несмотря на все это программированное обучение, имеет серьезные минусы. Деление всего изучаемого материала на части и невозможность идти дальше не усвоив предыдущие темы, не дает возможности ученику увидеть перспективу в развитии изучаемого материала, его многочисленные связи и отношения. Обеспечение целостности восприятия учениками материала является трудным процессом. Контрольный урок осуществляет не только контроль уровня знаний умений и навыков учащихся, но прежде всего он играет большую роль в развитии и воспитании учащегося. Контроль уровня знаний необходимо проверять после изучения каждой темы или раздела. Так же данная форма контроля будет являться и подготовкой школьников к экзаменам в старших классах. 5. Построение логико-структурной модели учебного материала раздела/линии/темы «Моделирование и формализация» («опорный лист»). Логико-структурная модель может использоваться для построения курсов информатики, для определения уровня изложения учебного материала и уровня требований к учащимся. Логико-структурная модель является эффективным средством для отбора учебного материала. Разработанная с ее помощью методика преподавания линии «Формализация и моделирование» позволяет сформировать у учащихся начальной школы представления об информационном моделировании на основе понятий «множество» и «граф». Для построения логико-структурной модели учебного материала на основе программы достаточно воспользоваться дидактическими матрицами. Построенные логико-структурные модели позволяют сравнить материал различных курсов, а также исследовать их содержательное наполнение. Изложение материала по теме «Формализация и моделирование» удобно проиллюстрировать с использованием следующей логико-структурной схемы. 6. Методика введения и развития основных понятий: понятий «объект», «модель», «система», «информационная модель; два типа информационных моделей: модели данных и модели деятельности; характеристика различных форм представления информационной модели; этапы информационного моделирования; формализация как важный этап информационного моделирования; компьютерная реализация информационной модели; имитационное компьютерное моделирование; вычислительный эксперимент. Первый уровень. Минимальный уровень содержания темы «Введение в информационное моделирование». Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Термин «модель» большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры каких-нибудь известных им моделей, можно услышать: «модель автомобиля», «модель самолета» и другие технические примеры. Технические модели не являются предметом изучения информатики, все же стоит остановиться на их обсуждении. Ин­форматика занимается информационными моделями. Однако между понятиями материальной (натурной) и информационной модели есть аналогии. Обсудив на материальных моделях некоторые общие свойства моделей, затем их можно будет перенести на модели информационные. Следует отметить, что модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования - это назначение будущей модели. Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки «объект моделирования - цель моделирования - модель», можно перейти к разговору об информационных моделях. Информационная модель - это описание объекта моделирования. Информация может быть представлена в разных формах, поэтому существуют различные формы информационных моделей. В их числе: словесные, или вербальные, графические, математические, табличные, алгоритмические модели, имитационные модели. Нужно сказать, что построение информационной модели, должно быть связано с целью моделирования. Процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания называется системным анализом. В минимальном содержании данной темы, сущность системного анализа практически не раскрывается. Форма информационной модели также зависит от цели ее создания. Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, то есть его информационной моделью. Умение представлять данные в табличной форме - очень полезный общеметодический навык. Практически все школьные предметы используют таблицы, но никакой из них не учит школьников строить таблицы. Приведение данных к табличной форме является одним из приемов систематизации информации. Описываются два типа таблиц: таблицы типа «объект-свойство» и «объект-объект». Двоичные матрицы используются в тех случаях, когда нужно отразить наличие или отсутствие связей между отдельными элементами некоторой системы. Второй уровень. Дополнительный материал для изучения темы «Введение в информационное моделирование» содержится в разделе «Информационные модели на графах». Здесь обсуждаются понятия: «система», «структура», «граф», «деревья», «сети». Под системой понимается любой объект, состояний из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое. В информатике понятие «система» употребляется достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере - система данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения - программные системы (ОС, системы про­граммирования, пакеты прикладных программ и др.). Информационные системы - одно из важнейших приложений компьютерных технологий. Основным методическим принципом информационного моделирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система. Из всего множества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. Задача системного анализа, который проводит исследователь - упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели. Важной характеристикой всякой системы является структура. Структура - это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Описываются основные правила представления графов, вводятся понятия «вершина», «дуга» «ребро», «ориентированный граф», «дерево», «сеть». Важной разновидностью графов являются деревья. Дерево - это графическое представление иерархической структуры системы. Это системы, между элементами которых установлены отношения подчиненности или вхождения друг в друга: системы власти, административные системы, системы классификации в природе и др. Ученики уже знакомы с понятием дерева применительно к системе файлов на дисках компьютера. Многим из них известен смысл понятия «родословное дерево». В качестве дополнительного материала для работы с таблицами следует использовать раздел «Табличные информационные модели» из задачника-практикума. В этом разделе достаточно подробно описывается методика построения таблиц различных типов. Второй уровень изучения темы «Введение в информационное моделирование» более подробно раскрывает суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инструментом формализации, как графы, дает начальные представления об объектно-информационном моделировании. Третий уровень. Содержание данного уровня позволяет реализовать на уроках следующий перечень дидактических целей: • Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов, осознавать, в чем проявляется системный эффект в результате объединения отдельных элементов в единое целое. •Раскрыть смысл модели «черного ящика». Этот подход характерен для кибернетики и применяется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой. •Дать детям представление о некоторых методах системного анализа, в частности декомпозиции классификации. • Научить учеников читать информационные модели, представленные в виде графов, и строить граф-модели. •Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных, грамотно оформлять таблицы. На практических занятиях следует рассмотреть практические задания следующего плана: имеется множество несистематизированных данных, приведенных в вербальной форме. Задача заключается в том, чтобы систематизировать эту информацию, перейдя к другой форме ее представления: таблице или графу. От исследователя требуется умение классифицировать данные по некоторым признакам, отражать иерархические связи и пр. 7. Методы обучения и их сочетания при организации учебных занятий по изучению вопросов моделирования и формализации. Линия моделирования является теоретической основой курса информатики, так же, как и линия информации и информационных процессов. Однако эта линия тесно связана с другими линиями курса. Технологические приемы обработки информации и соответствующие программные средства можно рассматривать как инструменты для работы с различными информационными моделями. В базовом курсе изучаются только начальные понятия, относящиеся к информационному моделированию, и показываются возможности, которые дает для этого применение компьютерных технологий. Современный подход к моделированию в базовом курсе информатике отличается значительной широтой. Темы алгоритмизация и программирование тоже считаются непосредственно относящимися к моделированию. Таким образом, моделирование является сквозной линией для многих разделов базового курса информатики. Основными формами обучения компьютерному моделированию являются лекционные, лабораторные и зачетные занятия. Обычно работа по созданию и подготовке к изучению каждой новой модели занимает 3 — 4 урока. В ходе изложения материала ставятся задачи, которые в дальнейшем должны быть решены учащимися самостоятельно, в общих чертах намечаются пути их решения. Формулируются вопросы, ответы на которые должны быть получены при выполнении заданий. Указывается дополнительная литература, где могут быть найдены вспомогательные сведения Для более успешного выполнения заданий. Формой организации занятий при изучении нового материала рекомендуется лекция, охватывающая, как правило, весь урок. Применение лекционного метода целесообразно в следующих случаях: • при прохождении нового материала, мало или совсем не связанного с предыдущим; • при сообщении учащимся сведений о практическом применении изученных закономерностей^ • при выводе сложных закономерностей с применением большого математического аппарата и ряда логических умозаключений; • при проведении уроков проблемного характера. Как следует заметить, перечисленные условия применения лекционного метода совпадают с условиями изучения профильных курсов, ориентированных на компьютерное моделирование, при исследовании очередной содержательной задачи и введении новой модели, что доказывает целеоообразность его применения при изложении нового материала. Экспериментальное преподавание различных вариантов курса также подтверждает это. После завершения обсуждения очередной модели, учащиеся имеют в своем распоряжении необходимые теоретические сведения и набор заданий для дальнейшей работы над предложенным заданием. Если моделей рассматривалось несколько, то работа ведется над одной из них по выбору учащихся или учителя, если одна — все работают над ней, различаться могут лишь конкретные задания (уровень сложности которых может зависеть от подготовленности соответствующего учащегося). В ходе подготовки к выполнению задания, учащиеся выбирают подходящий метод решения, с помощью какого-либо известного частного решения тестируют разработанную программу. В случае вполне возможных затруднений при выполнении заданий дается консультация, делается предложение более детально проработать указанные разделы в литературных источниках. Как отмечают практически все разработчики профильных курсов, ориентированных на моделирование, наиболее адекватным практической части обучения компьютерному моделированию является метод проектов. Задание формулируется для ученика в виде учебного проекта и выполняется в течение нескольких уроков, причем основной организационной формой являются компьютерные лабораторные работы. Экспериментальная апробация курсов моделирования подтвердила целесообразность применения такой формы организации занятий. Обучение моделированию с помощью метода учебных проектов может быть реализовано на разных уровнях. Первый — проблемное изложение процесса выполнения проекта, которое ведет учитель. Второй — выполнение проекта учащимися под руководством учителя. Третий — самостоятельное выполнение учащимися учебного исследовательского проекта. Результаты работы должны быть представлены в численном виде, в виде графиков, диаграмм. Если имеется возможность, процесс представляется на экране ЭВМ в динамике. По окончании расчетов и получении результатов проводится их анализ, сравнение с известными фактами из теории, подтверждается достоверность и проводится содержательная интерпретация, что в дальнейшем отражается в письменном отчете. Если результаты удовлетворяют ученика и учителя, то работа считается завершенной, и ее конечным этапом является составление отчета. Отчет включает в себя краткие теоретические сведения по изучаемой теме, математическую постановку задачи, алгоритм решения и его обоснование, программу для ЭВМ, результаты работы программы, анализ результатов и выводы, список использованной дополнительной литературы. Когда все отчеты составлены, на зачетном занятии учащиеся выступают с краткими сообщениями о проделанной работе, защищают свой проект. Это является эффективной формой отчета группы, выполняющей проект, перед классом, включая постановку задачи, построение формальной модели, выбор методов работы с моделью, реализацию модели на компьютере, работу с готовой моделью, интерпретацию полученных результатов, прогнозирование. Действенность этой установки подтверждена на опыте. В итоге учащиеся получают две оценки: первую за проработанность проекта и успешность его защиты, вторую — за программу, оптимальность ее алгоритма, интерфейс и т.д. Также учащиеся получают отметки в ходе опросов по теории. 8. Типы задач, используемых в процессе формирования умений строить информационные модели (примеры). Как правило, практические задачи формулируются достаточно понятно с точки зрения пользователя, но такая формулировка не обладает достаточной четкостью и строгостью. Примеры: § рассчитать примерную стоимость декоративного ремонта (покраски) школьной мебели; § разработать наиболее эффективный (калорийный, разнообразный и дешевый) рацион питания в школьной столовой и т.д. Чтобы такую задачу можно было решить с помощью компьютера, надо выполнить постановку задачи: выяснить, что известно и что явится результатом решения, а также как связаны исходные данные и результаты. Для этого важно определить существенные свойства объектов и явлений, о которых идет речь в задаче, и пренебречь несущественными. Иногда об этом забывают. Например, если в задаче требуется определить площадь верхней поверхности стола (столешницы), не задумываясь говорят, что надо измерить длину и ширину. Однако существенным свойством стола может оказаться то, что он круглый, тогда затруднительно вести речь о длине и ширине. Кроме того, даже если определили, что столешница имеет прямоугольную форму, следует договориться, что небольшие неровности не оказывают существенного влияния на величину площади. Важно также определить, в каких единицах и с какой точностью будут произведены измерения и вычисления. Кроме того, следует определить ограничения, налагаемые на возможные значения исходных данных и результатов. В примере с прямоугольным столом длина и ширина не могут быть отрицательными числами, а также иметь нереально большие или малые значения. Все эти сведения образуют информационную модель задачи. Главное свойство модели – упрощать изучаемое явление, сохраняя его существенные свойства. Информационной моделью задачи можно назвать информацию об объектах и явлениях, фигурирующих в задаче, значимую с точки зрения задачи и зафиксированную в текстовой, числовой или иной сигнальной форме. Шаги построения информационной модели: 1. Определить существенные и несущественные свойства объектов и явлений, описываемых в задаче. 2. Выделить характеристики объектов и явлений, значимые с точки зрения задачи, и на этой основе определить исходные данные. Для исходных данных, выраженных в числовой форме, соотнести единицы измерения, определить точность и указать ограничения, налагаемые на их значения. 3. Определить, что является результатом решения задачи и в какой форме он должен быть получен. Указать ограничения. 4. Выявить связи между исходными данными и результатами. Если такие связи можно выразить на языке математики, то говорят о математической модели задачи как о частном случае информационной модели. 5. Определить метод достижения результата. 9. Дидактическая целесообразность использования электронных образовательных ресурсов (демонстрационных, обучающих, моделирующих и др.) – примеры. Одним из перспективных направлений обеспечения интерактивности современной образовательной системы является применение сравнительно новых дидактических средств – электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Как показывают психолого-педагогические исследования в этой области, именно использование электронных образовательных ресурсов в учебном процессе позволяет педагогу реализовать на практике инновационные идеи и направления индивидуализации и информатизации образования, например такие, как построение учащимися индивидуальных образовательных траекторий, внедрение в учебный процесс принципов компетентностного подхода, повышение самостоятельной активности учащихся и др. Достижение таких образовательных результатов становится возможным благодаря реализации основных дидактических функций электронных образовательных ресурсов, среди которых можно выделить: −    инициирование новых видов учебной деятельности и поддержка функционирования традиционных видов учебной деятельности на более высоком качественном уровне, −    обеспечение возможности изменения характера взаимодействия участников образовательного процесса, −    индивидуализация учебного процесса и расширение образовательного контента. Указанные дидактические функции могут быть реализованы посредством дидактических возможностей электронных образовательных ресурсов. К таким возможностям, как правило, относят: −    реализацию незамедлительной обратной связи (интерактивность обучения), −    визуализацию учебной информации, −    возможность обработки информации с помощью средств современных информационных технологий, −    возможность организации виртуальных лабораторий, −    возможность моделирования сложных, дорогих или опасных реальных экспериментов, −    возможность применения компьютерного моделирования (аналитического и имитационного), −    возможность представления учебного контента с различной степенью детализации и с различным уровнем когнитивной сложности в зависимости от текущего уровня умственного развития учащегося, −    возможность выбора индивидуального темпа работы, −    возможность выбора способа воспроизведения информации в зависимости от типа доминирующей перцептивной модальности обучающегося, −    возможность самодиагностики учебных достижений и самоконтроля и т. д. Столь широкий спектр дидактических возможностей ЭОР обусловлен их дидактическими свойствами. Свойства представляют собой основные характеристики ресурса, признаки, отличающие его от других, качества, которые могут быть использованы в дидактических целях. Дидактические свойства ресурсов позволяют инициировать элементарные действия, из которых складывается деятельность по достижению поставленной цели в рамках современной информационной образовательной среды. К дидактическим свойствам относят: −    наличие средств передачи и сохранения информации; −    автоматизацию процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности; −    возможность формирования запросов к базам данных; −    наличие средств создания, копирования, перемещения и удаления информационных объектов; −    возможность создания и редактирования изображений; −    возможность набора, редактирования и форматирования текста; −    возможность создания таблиц, графиков и формул, создания и редактирования диаграмм, сортировки и фильтрации данных и т. д. 10. Методические приемы повышения познавательной активности обучаемых во внеурочной деятельности. Метод экскурсий. Экскурсия может проводится различным образом, чтобы экскурсия действительно принесла пользу учащимся, для развития их познавательных интересов и углубления знаний, перед проведением экскурсии учащихся можно разбить на группы и предложить каждой из них задания или несколько вопросов. Каждая группа идет своим маршрутом и собирает сведения. После экскурсии группа решает поставленные перед ней задачи, используя полученные данные. Проблемное обучение. Проблемное обучение предусматривает новую структуру проведения беседы, при которой отводится большое место самостоятельной работе учащихся. Роль учителя возрастает, так как ему необходимо четко управлять внеклассным занятием, давать учащимся конкретные задания, следить за ходом их выполнения, анализировать правильность мыслительной деятельности учащихся, контролировать конечный результат. Сущность проблемного обучения заключается в создании проблемных ситуаций, необходимых для выполнения заданий определенной трудности. Для их преодоления требуется творческая мыслительная деятельность. Это вызывает у учащихся интерес к предмету, развивает настойчивость, побуждает преодолевать трудности, укрепляет веру в свои возможности. Метод проектов. Метод проектов- интересен по своей подготовке. Метод проектов нашел свое применение во многих странах мира, потому что он позволяет органично интегрировать знания учащихся из разных областей, при решении одной проблемы дает возможность применить полученные знания на практике, генерируя при этом новые идеи. В основе проекта лежит какая - то проблема. Чтобы ее решить, учащимся требуется не только знание языка, но и владение большим объемом разнообразных предметных знаний для решения данной проблемы. Для грамотного использования метода проектов требуется значительная подготовка. Метод проектов- вносит определенную лепту в общее развитие каждого учащегося. Существуют различные типы проектов: исследовательские, творческие, игровые, информационные, практико-ориентированные. Технология «Мозгового штурма» Цель: Стимулировать группу к быстрому генерированию большого количества новых и оригинальных идей. Использование ИКТ во внеурочное время 1 эт Использование компьютеров для дидактических материалов, использование справочников, Интернет –ресурсов 2 эт. Использование компьютера как средства обучения 3 эт. Использование ИКТ для организации творческой деятельности ученика Этапы реализации. 1 этап. Введение учащихся в проблему, формулирование тем Формирование групп для проведения исследований Выдвижение гипотез, решение проблем и определение формы представления результатов 2 этап Обсуждение плана работы учащихся и возможных источников информации 3 этап Самостоятельная работа групп по выполнению заданий 4 этап Подготовка учащихся к презентации по отчету о проделанной работе 5 этап Защита полученных результатов и выводов 11. Роль изучения раздела «Моделирование и формализация» в реализации межпредметных связей. В изучении информатики особое место отводится содержательной линии «Моделирование и формализация», изучение которой позволяет развивать у учащихся поисково-исследовательские способности, что способствует самостоятельному анализу результатов своих работ. В конечном итоге учащиеся сами оценивают точность модели и алгоритма ее построения, в ходе самопроверки, учащиеся начинают видеть взаимосвязь с другими предметами, входящими в программу обучения, при этом осуществляются межпредметные связи. 12. Роль изучения вопросов алгоритмизации и программирования в решении задач общеобразовательного курса информатики. Алгоритмизация помогает при решении не только учебных задач, но и задач любого характера, где требуется креативный подход, умение анализировать и выбирать оптимальный вариант решения. Решение любой задачи проходит более успешно и за короткое время при наличии алгоритма действий, ведущих к результату. Главной целью изучения основ алгоритмизации в школе является развитие алгоритмического, конструктивного, логического мышления учеников, а также формирование операционного типа мышления, которое направлено на выбор оптимального решения определенной поставленной задачи с нескольких возможных. Развитие этих специфических видов мышления делает весомый вклад в развитие общего научного мировоззрения и умственных способностей личности. При изучении основ алгоритмизации в средней школе основное внимание в первую очередь должно уделяться: - выявлению общих закономерностей и принципов алгоритмизации; - основным этапам решения задач при помощи современных информационных технологий; - анализу поставленной задачи, методам формализации и моделирования реальных процессов и явлений; - выбору исполнителя поставленной задачи, исходя из тех рассуждений, что он является определенным объектом с присущими ему свойствами и набором действий, которые нуждаются в анализе для правильного и эффективного их использования; методам и средствам формализованного описания действий исполнителя, современным средствам их конструирования и реализации при помощи компьютера. Роль изучения вопросов алгоритмизации и программирования в решении задач общеобразовательного курса информатики: - развитие алгоритмического и логического мышления учащихся; - приобретение навыков работы с различными моделями; - обеспечение прочного и сознательного освоения основ информатики; - овладение элементарными навыками использования компьютерных технологий. 13. Научно-методические основы представления вопросов алгоритмизации и программирования в содержании обучения информатике по принципу «двойного вхождения» – как в качестве отдельного самостоятельного раздела, так и в качестве «сквозной» линии «Алгоритмизация и программирование» по отношению ко всему содержанию курса информатики.  В соответствии с принципом "двойного вхождения" образовательной области в содержание общего среднего образования, образовательная область отражается в содержании образования, с одной стороны, как объект изучения, с другой стороны, как некоторый аспект изучения всей окружающей действительности.  Наиболее целесообразным подходом отражения «сквозной» содержательной линии «Алгоритмизация и программирование» в современном курсе информатики, построенном на основе идеи раскрытия условий перехода от информационных процессов к искусственным, созданным человеком информационным технологиям, является подход, основанный на трех принципах: • единство в представлении информации, рассматриваемое с точки зрения возможности представления любой информации в некоторой универсальной форме; • единство в методах и средствах преобразования информации, заключающееся в том, что представление любой сложной двоичной функции может быть сведено к использованию ограниченного набора элементарных операций; • построение информационных технологий на основе алгоритмов, обеспечивающих возможность автоматизации обработки информации. 14. Конкретизация требований к результатам изучения раздела/линии/темы «Алгоритмизация и программирование» с учетом требований образовательных стандартов. Учащиеся должны знать: • что такое алгоритм; какова роль алгоритма в системах управления; • в чем состоят основные свойства алгоритма; • способы записи алгоритмов: блок-схемы, учебный алгоритмический язык; • основные алгоритмические конструкции: следование, ветвление, цикл; структуры алгоритмов; • назначение вспомогательных алгоритмов; технологии построения сложных алгоритмов: метод последовательной детализации и сборочный (библиотечный) метод; • основные свойства величин в алгоритмах обработки информации: что такое имя, тип, значение величины; смысл присваивания; • назначение языков программирования; • в чем различие между языками программирования высокого уровня и машинно-ориентированными языками; • правила представления данных на одном из языков программирования высокого уровня (например, на Паскале); • правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, цикла, ветвления; • правила записи программы; • что такое трансляция; • назначение систем программирования; • содержание этапов разработки программы: алгоритмизация — кодирование — отладка — тестирование. Учащиеся должны уметь: • пользоваться языком блок-схем, понимать описания алгоритмов на учебном алгоритмическом языке; • выполнять трассировку алгоритма для известного исполнителя; • составлять несложные линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы управления одним из учебных исполнителей; • выделять подзадачи; определять и использовать вспомогательные алгоритмы; • составлять несложные программы решения вычислительных задач с целыми числами; • программировать простой диалог; • работать в среде одной из систем программирования (например, Турбо Паскаль); • осуществлять отладку и тестирование программы. 15. Анализ авторских подходов в различных учебниках (напр, Босовой Л.Л., Семакина И.Г.); выбор подхода к построению методики изучения раздела/линии/темы «Алгоритмизация и программирование». На сегодняшний день изучение раздела «Алгоритмизация и программирование» связано с рядом трудностей: большое количество учебного материала, но при этом мало легкодоступного; школьникам тяжело усваивать и строить алгоритм для достижения обозначенной цели с помощью главных алгоритмических конструкций при работе в среде конкретного исполнителя или в среде конкретного языка программирования. Как раз по этой причине и появляются самые разные вопросы, напрямую затрагивающие преподавание рассматриваемого раздела – далеко не каждый понимает, в чем заключается его содержание, какие методы и средства применяются. У разных разработчиков учебно-методических комплексов (УМК) по курсу «Информатика» самые разные мнения о том, каким образом должна быть построена содержательная линия «Алгоритмизация». В ходе работы были проанализированы алгоритмические разделы в УМК по курсу информатика Л.Л. Босовой, Н.Д. Угриновича, И.Г. Семакина. Рассматриваемая нами тема хорошо представлена в учебном пособии Л.Л. Босовой. УМК состоит из учебников по информатике, рабочих тетрадей, набора цифровых образовательных ресурсов (ЦОР), методического пособия «Уроки информатики в 5-9 классах». УМК Л.Л. Босовой по информатике для учащихся в 5-9 классах – это выделенные специальные разделы: для шестиклассников – раздел «Алгоритмика», для восьмиклассников - «Основы алгоритмизации», для девятиклассников - «Алгоритмизация и программирование». Объяснение простое – образовательный потенциал этих разделов заключается в формировании алгоритмических способностей, мыслительных качеств, методов функционирования, в которых нуждаются учащиеся, желающие достичь успеха, как в программировании, так и в иных сферах. На изучение темы «Алгоритмика» в 6 классе автором в учебном плане отведено 10 часов. Л.Л. Босовой была дана характеристика деятельности учащегося после изучения данного раздела. Тема была подразделена на аналитику и практику. Обучающиеся должны уметь приводить примеры формальных и неформальных исполнителей, предлагать способы управления такими исполнителями; выделять случаи, которые можно описать при помощи алгоритмов линейного типа, ветвления и циклов. Еще обучающиеся должны уметь составлять алгоритмы, пользуясь тремя главными алгоритмическими конструкциями.  Примечательный и интересный нюанс в УМК Л.Л. Босовой – отсутствует жесткая привязка к конкретному исполнителю. Автором дается следующий совет: чтобы приводить примеры формальных исполнителей и полностью раскрывать линии алгоритмизации в учебном курсе, стоит пользоваться следующими учебными исполнителями: Черепахой, Кузнечиком, Водолеем, Чертёжником и др., входящими в структуру КуМир (Комплект учебных МИРов). КуМир – это, фактически, свободно распространяемая кроссплатформенная русскоязычная система программирования. Ее основное предназначение – обучение основам программирования. Еще раз к тематике алгоритмов Л.Л. Босова возвращается в разделе «Основы алгоритмизации» в 8-м классе. Это становится логическим переходом к теме «Начала программирования», которую нельзя изучать, не зная, что представляют собой алгоритм, исполнитель и базовые алгоритмические конструкции. Алгоритмическую линию в 8-м классе изучают за 10 часов.   Поддерживая концепцию постоянного изучения основ алгоритмизации, Л.Л. Босова еще раз делает отсылку к данной тематике – теперь уже в 9-м классе, в разделе «Алгоритмизация и программирование». На ее изучение выделяются 8 учебных часов. Появляются такие непростые термины, как массив и вспомогательный алгоритм. Другой УМК по рассматриваемой нами теме для 7-9 классов автора Н.Д. Угринович изучают раздел, посвященный алгоритмам, с первого полугодия 9-го класса. Данный раздел выделяется как отдельная тема в главе «Основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования». Эту тему изучают в течение 14 часов.   Тему «Алгоритмы» начинают изучать с рассмотрения вопросов, связанных с алгоритмом и его формальным представлением. Но само понятие появляется лишь после того, как объявляются и поясняются его главные свойства. Довольно детально расписано, кто является исполнителем алгоритма. Учебного исполнителя здесь не упоминают. Тематика других уроков – изучение того, что представляет собой объектно-ориентированное программирование. Еще один комплекс, о котором обязательно нужно сказать – это УМК по информатике для 7-9 классов, автор И.Г. Семакин. Алгоритмической линии посвящена лишь одна глава в учебнике для 9-го класса: «Управление и алгоритмы». На усвоение этой темы выделяют 12 часов.        Пристальное внимание в этой программе уделяется следующим вопросам: как формируется алгоритмическая культура учеников, как развивается алгоритмическое и логическое мышление. С самого начала подчеркивается следующий момент: чтобы решить одну и ту же задачу (достичь одной и той же цели), можно строить самые разные алгоритмы. Так как в 9-м классе тема «Алгоритмы» является частью раздела «Управление и алгоритмы», здесь заметен немного другой подход к восприятию алгоритмизации. Подход - кибернетический. Алгоритмом здесь называют информационный элемент системы управления. Благодаря этому подходу становится возможным введение в содержание основного курса новой содержательной линии – линии управления. Учебник И.Г. Семакина дает описание гипотетического учебного исполнителя по имени ГРИС – Графического Исполнителя, работающего в обстановке (другими словами, без применения величин). На его примере осуществляется внедрение базовых терминов – алгоритмизации и учебного алгоритмического языка. Состав авторской коллекции цифровых образовательных ресурсов (ЦОР) обладает исполнителем Стрелочка, целиком соответствующим языку исполнителя ГРИС.                            Таким образом, изучив УМК по теме «Алгоритмизация» на основном курсе информатики, можно сделать вывод о том, что концепция, которую реализовала в своем комплексе Л.Л. Босова, дает возможность хорошо усвоить основную образовательную программу по информатике. Поскольку изучать, что представляют собой алгоритм, исполнитель, программы, начинают еще с 6-го класса и продолжают до конца обучения, сохраняется непрерывность, систематичность, логичность и углубленность освоения этой линии. 16. Построение логико-структурной модели учебного материала раздела/линии/темы «Алгоритмизация и программирование» («опорный лист»). Опорный лист Ученик ___________________________________________________________________ Тема урока_________________________________________________________________ Задание №1. Впишите пропущенные слова: _________________________ - это алгоритм, в котором, в зависимости от____________, некоторые шаги _________________ n-ое количество _______. Оцените Задание №1 («5» или «4» или «3») ________________- это те действия алгоритма, которые повторяются. Виды _________: Задача №1. Мини проект. Составить блок-схему циклического алгоритма по условию: Имеется пустая бочка емкостью 50 л и ведро емкостью 5 л. Наполни бочку водой с помощью ведра. Оцените задачу №1 («5» или «4» или «3») Задача №2. Групповая работа. Составьте алгоритм работы автомата по продаже банок «PEPSI» Оцените задачу №2 («5» или «4» или «3») Задача 3. Составьте алгоритм действий крана, используя циклы, изученные на уроке. Используйте данные фигуры: … Оцените задачу №3 («5» или «4» или «3») Домашняя работа. Написать алгоритм о приключениях Тома Сойера. «Том вышел на улицу с ведром известки и длинной кистью. Он окинул взглядом забор, и радость в одно мгновение улетела у него из души, и там воцарилась тоска... Со вздохом обмакнул он кисть в известку, провел ею по крайней доске, потом проделал то же самое снова и остановился: как ничтожна белая полоска по сравнению с огромным пространством некрашеного забора!..» Марк Твен Рефлексия. • я познакомился с … • было непросто … • я добился … • у меня получилось … • хотелось бы … • мне запомнилось … • я попробую … 17. Методика введения и развития основных понятий: понятия «алгоритм», рассмотрения свойств алгоритма; учебные исполнители «Робот», «Черепашка» и другие как средства обучения основам алгоритмизации; способы представления алгоритма; блок-схема как средство записи алгоритма (основные алгоритмические конструкции и их применение для построения алгоритмов); алгоритм-функция, вспомогательный алгоритм и рекурсия; языки программирования и возможности их использования в школьном курсе информатики. Слово «Алгоритм» происходит от algorithmi - латинского написания имени величайшего математика из Хорезма. В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных. Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством. Каждый алгоритм создается в расчете на вполне конкретного исполнителя. Те действия, которые может совершать исполнитель, называются его допустимыми действиями. Совокупность допустимых действий образует систему команд исполнителя. Алгоритм должен содержать только те действия, которые допустимы для данного исполнителя. Свойства алгоритмов Данное выше определение алгоритма нельзя считать строгим - не вполне ясно, что такое «точное предписание» или «последовательность действий, обеспечивающая получение требуемого результата». Поэтому обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций. Такими свойствами являются: · Дискретность (прерывность, раздельность) - алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего. · Определенность - каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче. · Результативность (конечность) - алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов. · Массовость - алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма. Исполнитель «Робот». В 7 классе Босова Л. Л. вниманию учащихся предоставляет исполнитель «Робот». «Исполнитель Робот действует на прямоугольном клетчатом поле», на котором могут располагаться стены. Робот может передвигаться по полю, закрашивать клетки. Первое правило – при построении алгоритма прежде всего необходимо задать множество объектов, с которыми будет работать алгоритм. Формализованное (закодированное) представление этих объектов носит название данных. Алгоритм приступает к работе с некоторым набором данных, которые называются входными, и в результате своей работы выдает данные, которые называются выходными. Таким образом, алгоритм преобразует входные данные в выходные. Второе правило – для работы алгоритма требуется память. В памяти размещаются входные данные, с которыми алгоритм начинает работать, промежуточные данные и выходные данные, которые являются результатом работы алгоритма. Память является дискретной, т. е. состоящей из отдельных ячеек. Поименованная ячейка памяти носит название переменной. В теории алгоритмов размеры памяти не ограничиваются. Третье правило – дискретность. Алгоритм строится из отдельных шагов (действий, операций, команд). Множество шагов, из которых составлен алгоритм, конечно. Четвертое правило – детерменированность. После каждого шага необходимо указывать, какой шаг выполняется следующим, либо давать команду остановки. Пятое правило – сходимость. Алгоритм должен завершать работу после конечного числа шагов. При этом необходимо указать, что считать результатом работы алгоритма. Итак, алгоритм – неопределяемое понятие теории алгоритмов. Алгоритм каждому определенному набору входных данных ставит в соответствие некоторый набор выходных данных, т. е. вычисляет (реализует) функцию. При рассмотрении конкретных вопросов в теории алгоритмов всегда имеется в виду какая-то конкретная модель алгоритма. Виды алгоритмов и их реализация Виды алгоритмов как логико-математических средств отражают указанные компоненты человеческой деятельности и тенденции, а сами алгоритмы в зависимости от цели, начальных условий задачи, путей ее решения, определения действий исполнителя подразделяются следующим образом: · Механические алгоритмы, или иначе детерминированные, жесткие (например, алгоритм работы машины, двигателя и т. п.); · Гибкие алгоритмы, например стохастические, т. е. вероятностные и эвристические. Механический алгоритм задает определенные действия, обозначая их в единственной и достоверной последовательности, обеспечивая тем самым однозначный требуемый или искомый результат, если выполняются те условия процесса, задачи, для которых разработан алгоритм. · Вероятностный (стохастический) алгоритм дает программу решения задачи несколькими путями или способами, приводящими к вероятному достижению результата. · Эвристический алгоритм (от греческого слова “эврика”) – это такой алгоритм, в котором достижение конечного результата программы действий однозначно не предопределено, так же как не обозначена вся последовательность действий, не выявлены все действия исполнителя. К эвристическим алгоритмам относят, например, инструкции и предписания. В этих алгоритмах используются универсальные логические процедуры и способы принятия решений, основанные на аналогиях, ассоцияциях, и прошлом опыте решения схожих задач. · Линейный алгоритм – набор команд (указаний), выполняемых последовательно во времени друг за другом. · Разветвляющийся алгоритм – алгоритм, содержащий хотя бы одно условие, в результате проверки которого ЭВМ обеспечивает переход на один из двух возможных шагов. · Циклический алгоритм – алгоритм, предусматривающий многократное повторение одного и того же действия (одних и тех же операций) над новыми исходными данными. К циклическим алгоритмам сводится большинство методов вычислений, перебора вариантов. Цикл программы – последовательность команд (серия, тело цикла), которая может выполняться многократно (для новых исходных данных) до удовлетворения некоторого условия. Вспомогательный (подчиненный) алгоритм (процедура) – алгоритм, ранее разработанный и целиком используемый при алгоритмизации конкретной задачи. Блок-схема алгоритма Этот способ оказался очень удобным средством изображения алгоритмов и получил широкое распространение в научной и учебной литературе. Структурная (блок-, граф-) схема алгоритма – графическое изображение алгоритма в виде схемы связанных между собой с помощью стрелок (линий перехода) блоков – графических символов, каждый из которых соответствует одному шагу алгоритма. Внутри блока дается описание соответствующего действия. Принцип программирования «сверху вниз» требует, чтобы блок-схема поэтапно конкретизировалась и каждый блок «расписывался» до элементарных операций. Блок-схемы алгоритмов удобно использовать для объяснения работы уже готового алгоритма, при этом в качестве блоков берутся действительно блоки алгоритма, работа которых не требует пояснений. Блок «процесс» применяется для обозначения действия или последовательности действий, изменяющих значение, форму представления или размещения данных. Блок «решение» используется для обозначения переходов управления по условию. В каждом блоке «решение» должны быть указаны вопрос, условие или сравнение, которые он определяет. Блок «модификация» используется для организации циклических конструкций. Блок «предопределенный процесс» используется для указания обращений к вспомогательным алгоритмам, существующим автономно в виде некоторых самостоятельных модулей, и для обращений к библиотечным подпрограммам. 18. Программное обеспечение в поддержку изучения учащимися основ программирования, методические особенности использования ПО. Программные средства: 1. Алгоритмика (ИНТ). Рекомендован Министерством общего и профессионального образования РФ в качестве учебного пособия для V — VII классов. 2. Система учебных исполнителей: программно-методический комплекс по курсу информатики «Основы алгоритмизации» («Кенгуренок», «Пылесосик»); программно-методическая система для изучения алгоритмизации и функционирования компьютера «Учебные роботы». 3. Система программирования: Turbo Pascal, Delphi, Visal Basic, Turbo Prolog, Turbo C, Borland C++, JavaScript и др. 4. Пакет КуМир. Исполнители «Робот», «Чертежник». 5. Пакет учебных программ «Учебник» для курса А.Г.Гейна. Исполнители «Чертежник», «Манипулятор». 6. Пакет ПС по курсу «Роботландия». Интерактивные среды для обучения программированию усиливают роль визуализации. Визуализация в образовательной среде может обеспечить простой и эффективный подход к получению результатов, решению проблем и открытию структуры модели в процессе обучения студентов новой информации. Визуализация отношений и логических связей в рамках единой модели позволяет поддерживать цифровые и базовые компетенции студентов в области науки и техники. Моделирование на уроках информатики – это не только инструмент, но и сам предмет образования, когда студенты на основе полученных знаний и с помощью цифровых инструментов, создают модель части реального мира. Образовательные роботизированные системы предлагают несколько возможностей для обучения программированию. По словам Saleiro и др. (2013) и Benedettelli (2014), набор роботизированной системы Mindstorms LEGO оказался наиболее подходящим инструментом. В дополнение к различным аппаратным аксессуарам, он содержит базовое программное обеспечение, которое позволяет обучать программированию школьников в возрасте от 8 лет. Среда разработки и программирования NXT-G является наиболее популярным типом. Студенты непосредственно не сталкиваются с синтаксисом языка, но среда позволяет студентам создавать алгоритм для простой программы (Рис. 1). Рис 1. Окружающая среда Lego Mindstorms NXT Используя Lego Mindstorms на более высоком уровне среднего школьного образования, можно работать в среде программирования Bricx Command Center (Bricx, 2016), которая поддерживает несколько языков программирования. Преимущество этого метода обучения заключается в том, что студент, который смог создать программу на культовом языке и понял функцию знаковых команд, может работать с набором equal building kit на языке Cи (Рис. 2). Визуальное соединение брендов с иконками в NXT-G и команды Bricx позволяет студенту усваивать графическую информацию о связи между теоретическим оформлением решаемой задачи и значками команд. Рис. 2. Набор equal building kit на языке Cи. Для программирования микроконтроллеров рекомендуется сделать структуру языка программирования максимально схожей с языком программирования, используемым при разработке программных приложений на платформах ПК. Язык Си содержит библиотеки для программирования датчиков и компилятор, который преобразует программу в язык данного типа микроконтроллера. Для обучения программированию мы можем использовать язык программирования ROBOTC (ROBOTC, 2016). Этот язык предназначен для написания и отладки программ, а на уровне программного обеспечения он предлагает комплексный компилятор (отладчик в реальном времени). Liu и соавторы (2013a), провели эксперименты с ROBOTC и среды виртуальных миров робота (RVW). Они хотели проверить, как RVW может быть использован для обучения начинающих навыкам программирования. Студенты использовали сочетание моделирования настольных ПК RVW и среды программирования Palm Island для изучения базового программирования. Один класс закончил курс программирования ROBOTC, используя физические VEX роботов (очный класс), в то время как другой класс закончил курс программирования ROBOTC, используя виртуальные VEX роботов (виртуальный класс). По словам Liu и соавторов (2013b), очный класс и виртуальный класс показали равный выигрыш в обучении. Тип обучения не отличался между двумя классами, о чем свидетельствует равный результат в обучении. Виртуальный класс показал преимущество сокращения времени, поскольку они закончили курс раньше, чем очный класс, без влияния на их общее обучение. Это говорит о том, что работа с виртуальными роботами позволила студентам учиться более эффективно в этом контексте, по сравнению с работой с физическими роботами. Студентам в очном классе приходилось иметь дело с ежедневной сборкой робота, дополнительными механическими проблемами и разборкой, необходимой при работе с физическим роботом. Следовательно, учитель провел больше времени в физическом классе, помогая студентам в решении организационных вопросов класса. В виртуальном классе учитель и его ученики смогли посвятить все свое время обучению программированию. 19. Этапы разработки программ (проектирование, кодирование, отладка), жизненный цикл программы, библиотека алгоритмов. Спецификация (определение требований к программе): На данном этапе происходит подробное описание исходных данных, осуществляется формулировка требований к получаемому результату, рассматриваются всевозможные поведения программы при возникновении особых случаев (к примеру, если ввели неверные данные), происходит разработка диалоговых окон, которые обеспечат взаимодействие пользователя и самой программы. Разработка алгоритма: На этом этапе программист определяет последовательность необходимых действий, которые впоследствии нужно выполнить для получения желаемого результата. Если возникает ситуация, когда поставленную задачу можно решить несколькими способами, то само собой, возможны множество разных вариантов алгоритма решения. Тогда разработчик программы по некоторому немаловажному критерию (к примеру, скорость решения алгоритма) делает выбор более подходящего решения. Результат данного этапа разработки программы — подробное словесное описание алгоритма программы, либо блок-схема алгоритма. Подробно узнать о том, как разработать алгоритм любой программы, можно, изучив эту статью. Кодирование: После проведения спецификации и составления алгоритма решения, используемый алгоритм в итоге будет записан на необходимом языке программирования (Pascal, Delphi, C++ и др.). Результатом этапа кодирования является готовая программа. Этапы разработки программы. Отладка: На данном этапе программист занимается отладкой программы, то есть поиском и устранением ошибок. Последние делятся на две группы: алгоритмические и синтаксические (ошибки в тексте исходной программы). Из этих двух групп ошибок наиболее легко устранить синтаксические ошибки, тогда как алгоритмические ошибки определить достаточно трудно. Этап отладки считается законченным лишь тогда, когда исходная программа работает корректно и правильно при одном или двух наборах первичных данных. Что такое компиляция любой программы и какие основные задачи она выполняет, можно будет узнать, ознакомившись с данной статьей. Тестирование: Тестирование программы очень важно, поскольку в большинстве случаев программисты создают программы не для личного применения, а чтоб их программой пользовались другие. На этапе тестирования разработчик проверяет поведение программы при большой числе наборов входных данных, как верных, так и специально подобранных неверных. Создание справочной системы: Если программист разрабатывает программу, чтоб ею впоследствии пользовались другие, то программисту необходимо разработать справочную систему и установить для пользователя легкий быстрый доступ к этой справочной системе при работе с программой. Современные программы обладают справочной информацией, имеющей форму CHM- или HLP-файлов. Кроме справочной информации справочная система содержит необходимые инструкции по инсталляции программы. Обычно их представляют в виде файла Readme разных форматов: *.doc, *.txt, *.htm. Создание установочного диска (CD-ROM): Инсталяционный диск (CD-ROM) разработчики создают для того, чтобы пользователи могли самостоятельно, без помощи программиста, проинсталировать данную программу на свой ПК. Как правило, кроме самой программы установочный CD-ROM располагает файлами справочной информации и инструкциями по установке программы. Нужно заметить, что большинство современных программ, включая программы, разработанные в среде Delphi, во многих случаях, даже путем простого копирования файлов не могут быть проинсталированы на компьютер пользователя, поскольку для правильной работы этих программ необходимо присутствие специальных библиотек, а также компонентов, которые могут отсутствовать на ПК конкретного пользователя. C этой целью установку программы на ПК пользователя должна осуществлять специальная программа, записанная на CD-ROM. Обычно, инсталяционная программа производит создание отдельной папки для устанавливаемой программы, далее копирует в эту папку файлы, и если необходимо, настраивает операционную систему, внося дополнения и изменения в реестр. Этот этап разработки программы на примере утилиты InstallShield Express (она входит в состав Delphi) подробнее будет рассмотрен позже. Итак, мы вкратце рассмотрели этапы разработки программы. В следующих статьях поподробнее остановимся на каждом из них. Полный жизненный цикл сложной программы состоит из двух этапов [14]: создание программы (32%); сопровождение программы (68%). При этом создание программы включает в себя следующие фазы: точная постановка задачи и формулировка требований к программе (15%); проектирование программы (15%); кодирование программы (15%); разработка документации (10%); тестирование и отладка программы (25%); занесение программы на рабочий носитель (5%); комплексная отладка программы (15%). Цифры, приведенные в скобках, показывают трудоемкость каждого этапа по отношению к полной трудоемкости работ данной группы. 20. Методы обучения и их сочетания при организации учебных занятий по алгоритмизации и программированию. Обучение методам построения алгоритмов - один из наиболее отработанных разделов школьной информатики. Традиционно применяемым дидактическим средством в этом разделе являются учебные исполнители алгоритмов, которые удовлетворяют следу­ющим условиям: • это должен быть исполнитель, работающий «в обстановке»; • этот исполнитель должен имитировать процесс управления некоторым реальным объектом (Черепахой, Роботом и др.); • в системе команд исполнителя должны быть все структурные команды управления (ветвления, циклы); • исполнитель позволяет использовать вспомогательные алго­ритмы (процедуры). Последние два пункта означают, что на данном исполните­ле можно обучать структурной методике алгоритмизации. Вся­кое педагогическое средство должно соответствовать поставлен­ной учебной цели. Главной целью раздела алгоритмизации явля­ется овладение учащимися структурной методикой построения алгоритмов. Обучение алгоритмизации. Обучение алгоритмизации (програм­мированию) для исполнителя нужно строить на последователь­ности решаемых задач. Эта последовательность должна определяться следующими принципами: • от простого к сложному — постепенное усложнение задач; • новизна — каждая задача вносит какой-то новый элемент зна­ний (новая команда, новый прием программирования); • наследование — следующая задача требует использования зна­ний, полученных при решении предыдущих задач. В учебниках рассматривается последовательность задач, ко­торая позволяет ученикам осваивать приемы алгоритмизации в таком порядке: • составление линейных алгоритмов; • описание и использование вспомогательных алгоритмов; • составление циклических алгоритмов; • использование ветвлений в алгоритмах; • использование метода последовательной детализации при со­ставлении сложных алгоритмов. Разобравшись в рассмотренных задачах, выполнив самосто­ятельные задания аналогичного типа, ученики должны усвоить два основных принципа структурной методики алгоритмизации (структурного программирования); 1. всякий алгоритм может быть построен с использование грех типов управляющих структур: следование, ветвление, цикл; 2. при построении сложных алгоритмов следует применять ме­тод последовательной детализации. Библиотека алгоритмов определяется множеством задач, решаемых с помощью библиотеки, множеством алгоритмов для решения типовых задач предметной области и структурой используемых данных. 21. Дидактическая целесообразность использования электронных образовательных ресурсов (демонстрационных, обучающих, моделирующих и др.) – примеры. Одним из перспективных направлений обеспечения интерактивности современной образовательной системы является применение сравнительно новых дидактических средств – электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Как показывают психолого-педагогические исследования в этой области, именно использование электронных образовательных ресурсов в учебном процессе позволяет педагогу реализовать на практике инновационные идеи и направления индивидуализации и информатизации образования, например такие, как построение учащимися индивидуальных образовательных траекторий, внедрение в учебный процесс принципов компетентностного подхода, повышение самостоятельной активности учащихся и др. Достижение таких образовательных результатов становится возможным благодаря реализации основных дидактических функций электронных образовательных ресурсов, среди которых можно выделить: −    инициирование новых видов учебной деятельности и поддержка функционирования традиционных видов учебной деятельности на более высоком качественном уровне, −    обеспечение возможности изменения характера взаимодействия участников образовательного процесса, −    индивидуализация учебного процесса и расширение образовательного контента. Указанные дидактические функции могут быть реализованы посредством дидактических возможностей электронных образовательных ресурсов. К таким возможностям, как правило, относят: −    реализацию незамедлительной обратной связи (интерактивность обучения), −    визуализацию учебной информации, −    возможность обработки информации с помощью средств современных информационных технологий, −    возможность организации виртуальных лабораторий, −    возможность моделирования сложных, дорогих или опасных реальных экспериментов, −    возможность применения компьютерного моделирования (аналитического и имитационного), −    возможность представления учебного контента с различной степенью детализации и с различным уровнем когнитивной сложности в зависимости от текущего уровня умственного развития учащегося, −    возможность выбора индивидуального темпа работы, −    возможность выбора способа воспроизведения информации в зависимости от типа доминирующей перцептивной модальности обучающегося, −    возможность самодиагностики учебных достижений и самоконтроля и т. д. Столь широкий спектр дидактических возможностей ЭОР обусловлен их дидактическими свойствами. Свойства представляют собой основные характеристики ресурса, признаки, отличающие его от других, качества, которые могут быть использованы в дидактических целях. Дидактические свойства ресурсов позволяют инициировать элементарные действия, из которых складывается деятельность по достижению поставленной цели в рамках современной информационной образовательной среды. К дидактическим свойствам относят: −    наличие средств передачи и сохранения информации; −    автоматизацию процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности; −    возможность формирования запросов к базам данных; −    наличие средств создания, копирования, перемещения и удаления информационных объектов; −    возможность создания и редактирования изображений; −    возможность набора, редактирования и форматирования текста; −    возможность создания таблиц, графиков и формул, создания и редактирования диаграмм, сортировки и фильтрации данных и т. д. 22. Типы задач на алгоритмизацию и программирование (примеры). Записано 7 строк, каждая имеет свой номер – от «0»- до «6»-й. В начальный момент в строке записана цифра 0 (ноль). На каждом из последующих 6 шагов выполняется следующая операция: в очередную строку записывается удвоенная предыдущая строка, а в конец строки приписывается очередная цифра. Для удобства в скобках пишется номер строки (начиная с 0).  Ниже показаны первые строки, сформированные по описанному правилу: (0) 0 (1) 001 (2) 0010012 (3) 001001200100123 Какая цифра стоит в последней строке на 123-м месте (считая слева направо) Решение: В первой строке 3 элемента – последняя цифра 1. Во второй строке (3*2+1) = 7 – последняя цифра 2 (3)  7*2+1 = 15– последняя цифра 3 (4) 15*2+1=31– последняя цифра 4 (5) 31*2+1=63– последняя цифра 5 (6) 63*2+1 =127– последняя цифра 6, 126 – 5 , 125 – 4, 124 – 3, 123 – 2. Ответ: цифра 2 Строки (цепочки символов латинских букв) создаются по следующему правилу. Первая строка состоит из одного символа – латинской буквы «А». Каждая из последующих цепочек создается такими действиями: в очередную строку сначала записывается буква, чей порядковый номер в алфавите соответствует номеру строки (на i-м шаге пишется «i»-я буква алфавита), к ней справа дважды подряд приписывается предыдущая строка. Вот первые 4 строки, созданные по этому правилу: (1) A (2) BAA (3) CBAABAA (4) DCBAABAACBAABAA Латинский алфавит (для справки): ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Запишите семь символов подряд, стоящие в восьмой строке со 126-го по 132-е место (считая слева направо). Решение. 8 строка начнется с символа H и со 2 по 128 , с 129 по 255 –й идут символы 7 строки. Со 126 – 128 записаны три последних символа 7 строки, а со 129 -132 – первые четыре символа 7 строки. Три последних символа всегда ВАА. 7 строка начинается с символа G, а затем F E D Ответ: ВААGFED Имеется исполнитель Кузнечик, который живет на числовой оси. Система команд Кузнечика: “Вперед N” (Кузнечик прыгает вперед на N единиц); “Назад M” (Кузнечик прыгает назад на M единиц). Переменные N и M могут принимать любые целые положительные значения. Известно, что Кузнечик выполнил программу из 40 команд, в которой команд “Назад 2” на 10 больше, чем команд “Вперед 3”. Других команд в программе не было. На какую одну команду можно заменить эту программу, чтобы Кузнечик оказался в той же точке, что и после выполнения программы? Решение: Обозначив за Х – кол-во команд “Вперед 3 получим ур-ние Х+Х+10=40 Х=15 Значит команд “Вперед 3” было 15, а команд “Назад 2” – 25. Таким образом, кузнечик прыгнул вперед 3 х 15 = 45 единиц, а назад 2 х 25 = 50 единиц. То есть он оказался на 5 единиц левее точки из которой начал движение. Следовательно, эту программу можно заменить командой «назад 5». Ответ: «Назад 5» Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии. В каждый конкретный момент известно положение исполнителя и направление его движения. У исполнителя существуют две команды: Вперед n, где n ‑ целое число, вызывающая передвижение черепашки на n шагов в направлении движения. Направо m, где m ‑ целое число, вызывающая изменение направления движения на m градусов по часовой стрелке. Запись Повтори 4 [Команда1 Команда2 ]означает, что последовательность команд в скобках повторится 4 раза. Черепашке был дан для исполнения следующий алгоритм: Повтори 4 [Вперед 10 Направо 120] Какая фигура появится на экране? 1) Незамкнутая ломаная линия 2) Правильный треугольник 3) Квадрат 4) Правильный пятиугольник Решение Черепашка прочертит 4 линии, но последний отрезок полностью совпадет с первым, т. к. после третьего выполнения черепашка обернется вокруг своей оси и окажется в той же точке, так что на экране появится треугольник. Ответ 2. 23. Роль изучения раздела/линии/темы «Алгоритмизация и программирование» в реализации межпредметных связей Цель обучения алгоритмизации заключается в овладении учащимися методикой построения алгоритмов. Это значит, ученики должны научиться использовать на практике основные управляющие структуры: следование, ветвление, цикл; уметь разбивать задачу на подзадачи, применять метод последовательной детализации алгоритма. Современный подход к моделированию в базовом курсе информатике отличается значительной широтой. Темы алгоритмизация и программирование тоже считаются непосредственно относящимися к моделированию. Таким образом, моделирование является сквозной линией для многих разделов базового курса информатики, тем самым образуя межпредметную связь.