116196 (Методические особенности изучения раздела "Алгоритм и исполнители" в базовом школьном курсе информатики)

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО ТГПУ им. Л.Н.Толстого

Кафедра информатики и вычислительной техники

Курсовая работа по теме:

Методические особенности изучения раздела "Алгоритм и исполнители" в базовом школьном курсе информатики

Выполнил:

студентка 5 курса группы “Б”

факультета МФиИ

Федосеева Т.А.

Проверил:

Даниленко С.В.

Тула 2008г.

Оглавление

Введение

1. Теоретические основы раздела «Алгоритм и исполнители»

1. Определение основных понятий

2. Формы представления алгоритма

3. Учебный алгоритмический язык

4. Решение трудностей изучения раздела учащимися

2. Методические особенности изучения раздела «Алгоритм и исполнители»

2.1Содержание раздела в стандарте

2.2 Обзор авторских программ

2.3 Методические особенности изучения раздела

Заключение

Библиографический список

Введение

Раздел «Алгоритм и исполнители» в базовом школьном курсе информатики» занимает одно из центральных мест. Однако до сих пор нет достаточно определенного мнения в вопросах, касающихся более частных аспектов преподавания этого раздела.

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.

Проблемы изучения раздела «алгоритм и исполнители» связаны прежде всего с большим объемом материала и значительными трудностями для школьников, как с определением понятия алгоритма, построения алгоритмических конструкций, так и при работе с формальными языками программирования, их правильном применении. В следствии с этим возникает множество вопросов, связанных непосредственно с преподаванием этого раздела относительно содержания, методов и средств, используемых для этого.

Различные авторы школьных программ по курсу «Информатика и ИКТ» по разному подходят к построению алгоритмической учебной линии. В том числе по иному решаются проблемы содержания теоретической и практической составляющей разработчиками школьных программ, к ним относятся Н.В. Макарова, Н.Д. Угринович, И.Г. Семакин и другие.

В связи со всем вышесказанным в данной курсовой работе была рассмотрена тема «Методические особенности изучения раздела «Алгоритм и исполнители» в базовом школьном курсе информатики».

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.

В соответствии с целью, предметом были определены следующие задачи исследования:

1. Провести теоретический анализ школьных учебников и литературных источников по теме исследования.

2. Уточнить основные понятия и категории.

3. Рассмотреть различные программы по теме исследования.

4. Построить план изучения раздела «Алгоритм и исполнители» в базовом курсе.

Методы исследования:

- теоретический анализ научной и учебно-методической литературы;

- методы презентации данных: таблицы.

В курсовой работе делается попытка анализа современных программ по разделу «Алгоритм и исполнители» и выявляется содержательная линии его преподавания.

1. Теоретические основы раздела «Алгоритм и исполнители»

1.1 Определение основных понятий

Изучение раздела «Алгоритмы и исполнители» обычно начинается с исторической справки.

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.[1]

Алгоритм - описание последовательности действий (план), исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов. [3]

Алгоритм - понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящую от исходных данных к искомому результату.[9]

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. [3]

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. [3]

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. [9]

Основными свойствами алгоритма являются:

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

2. 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;

3. 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;

4. 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;

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

1. 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.

• А рифметический блок

(операции присваивания)

Блок ввода – вывода

и нформации

• Условный (логический)

блок - проверка условия

• Б лок начала – конца

алгоритма

• С оединитель – 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 (рис. 1, б);

• В структуре «цикл» действия повторяются до тех пор, пока выполняется заданное условие (рис. 1, в).

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).