Организация изучения основных алгоритмических конструкций в среде Лого Миры

Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный педагогический университет

Кафедра информатики и ВТ

Организация изучения основных алгоритмических конструкций в среде Лого Миры

ВЫПУСКНАЯ РАБОТА

Исполнитель: студентка 5 курса

Заочного отделения

Информатики и ВТ

Факультета УрГПУ

Научный руководитель:

Кандидат педагогических наук

Доцент кафедры информатики

и вычислительной техники

Грохульская Наталья Леонидовна

 

Екатеринбург 2002

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение............................................................................................................ 4

Глава 1. Язык Лого и его применение в преподавании информатики........... 7

История появления языка Лого...................................................................... 7

Распространенность Лого-сред в Екатеринбурге........................................... 9

Анализ сред Лого........................................................................................... 10

Основные достоинства и недостатки среды Лого.......................................... 13

Применение Лого в учебном процессе начальной школы............................ 16

Применение Лого для внешкольной работы по информатике..................... 18

Обзор публикаций о применении Лого в учебном процессе школы........... 20

Роль алгоритмизации в базовом курсе.......................................................... 23

Технология решения вычислительных задач................................................ 29

ГЛАВА 2. Решение вычислительных задач в среде Лого Миры................. 32

Описание возможностей среды Лого Миры 2.0............................................ 32

Понятия, которыми можно манипулировать в среде Лого Миры............... 33

Запуск Лого Миров........................................................................................ 34

Графический экран системы Лого.................................................................. 34

Текстовый экран системы Лого...................................................................... 34

Режимы работы............................................................................................... 34

Команды системы Лого.................................................................................. 35

Базовые команды движения и рисования.............................................. 36

Команды цикла (повторения)......................................................................... 37

Построение процедур (подпрограмм)........................................................... 38

Команды изменения переменных................................................................... 39

Команды и процедуры с параметрами.......................................................... 40

Команда выбора (ветвление) в Лого.............................................................. 40

Рекурсия.......................................................................................................... 41

Функция........................................................................................................... 41

II. Команды управления системой............................................................ 41

Запись основных алгоритмических конструкций в среде Лого Миры и их использование для решения вычислительных задач............................................................. 43

Понятие алгоритма...................................................................................... 43

Исполнитель алгоритма.............................................................................. 43

Свойства алгоритма.................................................................................... 44

Способы записи алгоритмов....................................................................... 45

Словесный способ записи алгоритмов..................................................... 45

Графический способ записи алгоритмов................................................. 46

Базовые алгоритмические структуры...................................................... 47

Решение задачи с использованием основных базовых структур и операторов языка Лого на примере экологической задачи................................................................. 61

Методические рекомендации.......................................................................... 64

Изучение базовых алгоритмических конструкций в языке Лого в учебном процессе школы........................................................................................................... 64

Примерный план разделов курса «Алгоритмизация и решение вычислительных задач»........................................................................................................... 66

Заключение...................................................................................................... 68

 

 

Введение

Лого – это среда программирования и средство для моделирования различных задач и исследований. Объектами исследований преподавателей и учеников, в этом направлении могут быть их собственные исследования о животных и растениях, о мире психологии, мире физиологии человека, мире биологии клетки, а также химии, физики, математике, изобразительного искусства и других сфер деятельности.

В любой среде программирования реализуются основные алгоритмические конструкции, развивающие алгоритмический стиль мышления, важность которого отмечена Н.М. Амосовым, Н.Н. Моисеевым, А.Н. Лонда и другими учеными.[ ] Ими подчеркивалась необходимость разработки алгоритмов для развития мышления школьников. Они показывали, что с помощью алгоритмов можно не только организовывать мыслительную деятельность, но и описывать процессы.

Алгоритмы возникают не только в ходе описания какого-либо процесса (физического, химического, биологического, математического), но и в управлении, воспитании, во всей социальной сфере жизни человека. Именно это и доказывает необходимость их введения в обучение. Таким образом, алгоритм – это не программа-шаблон, а механизм, согласно которого функционирует, развивается любая самоорганизующая система. Некоторые алгоритмы человек осваивает самостоятельно, другие требуют обучения.

Фундаментальное понятие информатики - «алгоритмизация», имеет большое значение не только в теории информатики, но и в теории самореализации в развитии ученика.

Объем минимального содержания базового курса информатики включает в себя блок «Алгоритмы и исполнители». Алгоритмизация - одно из мощных средств развития мышления учащихся.

Изучать основные базовые конструкции можно по-разному: с помощью исполнителей [ ], специально разработанных учебных алгоритмических языков [ ], реальных языков программирования [ ].

Одно из перекрестных средств знакомства учащихся с основными алгоритмическими конструкциями является язык Лого.

В последнее время язык программирования Лого завоевывает все большую популярность и не только в начальной или средней школе, но и в колледжах, университетах, да и просто в среде любителей интеллектуального досуга.

Лого – один из самых доступных языков программирования для персональных компьютеров. Это диалект ЛИСП, языка, применяемого в сложнейших исследовательских проектах в области вычислительной техники и искусственного интеллекта. Не случайно Лого оказался более гибким языком, чем Паскаль или С++.

Язык Лого – это язык программирования и вместе с тем особая обучающая сфера. Язык этот по синтаксису предельно прост и близок к естественному. В то же время он обладает мощными современными средствами, формирующими культуру мышления и позволяющими создавать программы очень лаконичные, прозрачные по структуре и эффективности.

Поэтому целесообразно использовать этот язык при изучении базового курса информатики. В связи с этим становится очевидным актуальность предлагаемой работы.

Объект исследования – процесс обучения базовому курсу информатики.

Предмет исследования – методика преподавания алгоритмизации на базе языка Лого.

Цель работы – определение роли и месте вычислительных задач, решаемых в среде Лого Миры при изучении алгоритмизации.

Основные задачи исследования:

1.   Освоить среду Лого Миры

2.   Определить банк традиционно решаемых вычислительных задач при изучении алгоритмизации.

3.   Разработка программ для решения вычислительных задач на языке Лого.

4.   Проанализировать решение вычислительных задач на языке Лого.

Данная выпускная работа состоит из:

·     Введения.

·     Двух глав.

·     Заключения.

·     Списка литературы, используемой при написании работы.

·     Приложений.

К работе прилагается дискета со следующим содержанием.

Глава 1. Язык Лого и его применение в преподавании информатики

 История появления языка Лого

"Лого - это философия образования и непрерывно развивающееся семейство языков, реализующих эту философию".[ ]

Основные педагогические идеи применения Лого, а также первые версии Лого-систем были разработаны профессором Сеймур Пейпертом (Seymour Papert) в Массачусетском Технологическом Институте в 60-х годах. В 1967 году группой профессора Пейперта совместно с группой Уоллеса Фойрцайга работавшей в фирме Bolt, Beranek, and Newman, была создана первая версия Лого.

Широкое распространение Лого связано с развитием персональных компьютеров в конце 70-х годов. Ряд компаний, таких, как, например, Terrapin Software, начал коммерческое распространение различных версий Лого. Одним из лидеров в этой области является основанная в 1980 году фирма Logo Computer Systems Inc. (LCSI), совет директоров которой возглавляет профессор Пейперт.

В 1985 году компания Logo Computer Systems Inc. начала распространять новую версию Лого - программу LogoWriter. Эта программа была признана одной из самых удачных, достаточно сказать, что в 1990 году система LogoWriter была названа читателями журнала Classroom Computer Learning лучшей образовательной программой десятилетия. Программа LogoWriter была переведена на десятки языков мира и была реализована на разных компьютерных платформах. В 1987 году Институтом новых технологий образования (ИНТО) была создана русская версия этой программы для компьютеров IBM, которая успешно распространяется.

Принципиально новые идеи были реализованы в середине 80-х годов в системе LEGO TC Logo (совместной разработке фирмы LEGO и LCSI), которая являлась расширением системы LogoWriter, однако в ней можно было управлять не только черепашками на экране, но и реальными роботами, собранными из деталей LEGO и подключенными к компьютеру.

Активная работа в области Лого продолжается и в настоящее время, а программа является русской версией программы MicroWorlds, разработанной в LSCI, 1993 г. и ПервоЛого (совместная разработка LCSI и ИНТ, 1996 г.). Среда Control Lab (разработанная компанией LEGO Dacta, русская версия программы называется ЛЕГО-Лаборатория и распространяется Институтом новых технологий образования) является естественным развитием идей, заложенных в системе LEGO TC Logo. Возникают и новые перспективные области исследований: среди таких проектов, например, LEGO-роботы (Programmable Brick) - дальнейшее развитие систем LEGO TC Logo и Control Lab, позволяющее создавать автономные роботы, управляемые миниатюрным специальным компьютером.

Лого, конечно, отнюдь не сводится к созданию и распространению компьютерных программ. Существует мировое сообщество преподавателей и исследователей, заинтересованных в развитии и распространении педагогической философии Лого. Публикуется различная литература, посвященная как проблемам использования Лого в преподавании конкретных школьных дисциплин (таких как математика, язык и т.д.), так и общим вопросам использования Лого в школьном и внешкольном образовании. Уже более 10 лет в США существует специальная некоммерческая организация Logo Foundation, координирующая деятельность мирового Лого-сообщества.

Институтом новых технологий образования рассматривается поддержка и развитие Лого-сообщества в России в качестве одной из своих основных задач. Институт разрабатывает и распространяет программы, основанные на Лого, а также различные методические и учебные материалы, связанные с Лого, который является не только языком программирования, но и языком общения.

Распространенность Лого-сред в Екатеринбурге

C 1999 года в г. Екатеринбурге достаточно активно используются Лого Миры. Первые курсы для учителей провели Сопрунов С.Ф. и Яковлева Е.И. Всю работу по внедрению и использованию Лого Миров, курирует Центр новых информационных технологий (ЦНИТ), созданный несколько лет назад при Управлении образования г. Екатеринбурга. Была создана городская экспериментальная площадка, в совет которой вошли наиболее квалифицированные в Лого преподаватели, целью, которой является апробация среды в учебном процессе общеобразовательных учреждений, исследование методики использования среды Лого Миры в обучении информатике для разных возрастных категорий учащихся и для разных форм учебной работы.[ ]

В городе действует Лого-клуб для преподавателей, который собирается в ЦНИТе раз в месяц, где преподаватели обмениваются идеями проектов, обсуждают свои проблемы, передают опыт.

В весенние каникулы с 2000 года проводится научно-практическая конференция, где преподаватели делятся своими наработками и методиками по определенным темам или целыми комплексами.

Школы города, такие как лингвистическая гимназия № 13, школа № 168, школа № 144, гимназия «Полифорум» и «Менталитет» №180 и другие, работают с Лого Мирами на уроках информатики, а также в кружках, факультативах, в группах дополнительного образования. В ЦНИТе ведутся занятия с детьми в рамках дополнительных образовательных услуг и используют среду в основном для создания тематических проектов, посвященной той или иной теме по изучению языка Лого Миры, чтоб заинтересовать детей.

Были проведены командные турниры (2000 - 2002 года) для школьников, в которых участвовало 32 команды из 25 школ в 2 возрастных группах: 5-7 класс и 7-9 классы. [Суриф Т.И., Волкова С.Б.]

Анализ сред Лого

Для чего вообще изучать программирование, а следовательно среду программирования? Очевидно, что процесс проектирования программ - это процесс решения проблем человеком, подобно другим процессам решения проблем в науке и технике. [Кузнецов И.Н.]

Программирование в компьютере подразумевает описание некоторой проблемы на определенном языке и последующее многократное моделирование с целью проверки модели и решения проблемы. Эффективное описание проблемы для моделирования требует развитого объектного мышления.

Правильно организованное обучение с использованием среды программирования развивает алгоритмическое и логическое мышление в естественной для этого обстановке; дает опыт работы с разными моделями; знакомит с общими принципами и методами программирования, что позволяет учащимся адаптировать приобретенные навыки при освоении других программных сред. [КИН]

Не должно быть изучения программирования без изучения конкретной программной среды. Выбор языка программирования осуществлялся по следующим критериям: мощность, достаточность, простота и элегантность.

Мощность языка должна позволять при использовании его для решения проблемы сосредоточиться целиком на ней, а не на языковых конструкциях. В Лого описание проблемы формулируется буквально в терминах этой проблемы и не требует переключаться на языковую специфику. Отсутствие в Лого жесткого контроля за ошибками программиста, вызывающее незаслуженные нарекания, на самом деле является не недоработкой среды, а сознательно запланированной ее особенностью, направленной на предоставление максимальной свободы для творчества при формулировании проблемы. [КИН]

Характеристика достаточности свидетельствует о нежесткой настроенности на вычислительные ресурсы компьютера. Фактически здесь система полностью скрыта от использующего ее и не отвлекает от проблематики задачи.

Простота языка выражается в неограниченных возможностях реализации мнемоники, а естественная для него процедурность позволяет на деле формировать соответствующие черты мышления учащихся.

Лежащая в основе языка рекурсивность дает реальную возможность учащемуся создавать программы. Развитые возможности структур данных превосходят многие известные языки, и позволяет на первое место выводить вопрос о структуре данных при разработке алгоритмов.

Перечисленные характеристики хорошо укладываются в идею о разработке специального языка для решения конкретного класса задач, что позволяет говорить об объектном подходе к проектированию программ.

Выбор именно этого программного продукта обоснован следующими требованиями к среде, развивающей абстрактное и любое другое мышление:

· наличие очевидных инструментов манипулирования понятиями;

· возможность усложнения инструментов по мере усложнения понятий;

· наличие средств, увеличивающих эмоциональное восприятие (мультимедиа вложения);

· возможность использования объектного (системного) подхода;

Сам по себе объектный подход это - идея, метод познания. На любом языке программирования можно показать такой подход, если учитель владеет им и предъявляет соответствующие требования к технологии разработки программ.

Объектно-ориентированное программирование возможно только в средах, имеющих для этого встроенные инструменты.

Классическая среда, разработанная для ОС DOS, - система Logo Writer – очень хорошо приспособлена для реализации объектного подхода при минимальной сложности языка программирования, является универсальной учебной компьютерной средой на базе языка Лого для дошкольного и начального школьного образования. В систему входят: текстовый, графический и музыкальный редакторы, возможность записи звука с микрофона и образное программирование с помощью пиктограмм. Система сочетает эти богатые возможности с простым графическим интерфейсом, благодаря которому ее пользователями могут быть дети от 4 лет.

Другая версия программного продукта - Лого Миры является объектно-ориентированной средой, предназначенной для использования в средней школе, является мультимедийной средой, универсальным инструментом на базе языка Лого - распространенного и эффективного педагогического средства, развивающего умение решать задачи, познавательные способности и творческое мышление детей. Эта программа, интегрирующая новейшие мультимедийные технологии, программирование и Интернет - возможности, предназначена для создания собственных проектов на любую тему.

Основные достоинства и недостатки среды Лого

Язык программирования Лого стал широко использоваться, и приобрел популярность в начальной, средней школе, в колледжах, университетах и для людей, занимающихся самообразованием. Это справедливо не только для зарубежной системы образования, но и для российской. Чтобы убедиться в этом, достаточно просмотреть журналы "Информатика и образование" за последние пару лет.

Что же вкладывается в понятие «мощный язык программирования»? Это качество не означает, что язык позволяет писать программы, выполняющие что-либо, не доступное другим языкам. В этом смысле все языки схожи. Если можно написать программу на Лого, то ее можно написать на Паскале или Бейсике.

Мощность языка программирования - это мера того, насколько язык помогает сконцентрироваться, в первую очередь, на конкретной проблеме, которую нужно решить, а не на преодолении ограничений, накладываемых самим языком. Например, для. С, Паскаля, Java и всех других языков, «выросших» первоначально из Фортрана, программист должен очень точно определять, что, как, и где хранится в памяти компьютера. Если нужно собрать 20 чисел вместе и рассматривать их как один объект, для этого «определяют массив», заявив заранее, что в нем будет храниться в точности 20 чисел. Очень плохо, если в последствии массив будет состоять из 21 числа. Также решается заранее, что массив будет содержать только целые числа, или числа с дробной частью, или же это будет символьный массив, и нельзя смешивать данные разных типов в одном массиве. Для Лого процесс размещения данных в памяти компьютера является полностью автоматическим. Если программа создала список из 20 чисел, память для его хранения отведется автоматически. Если позже добавить 21-е число, это также делается автоматически. [ ]

Более мощные языки базируются на конкретных математических моделях и реализуют эти модели в полной мере. Например, АПЛ базируется на идее матричной обработки; Пролог - на исчислении предикатов (раздел математической логики). Лого, как и ЛИСП, базируется на идее композиции функций (composition of functions). [ ]

Черепашка Лого живет в компьютерном мире, но ее поведение управляется командами понятными каждому ребенку. Язык Лого дал начало целому семейству обучающих средств. В одном из ветвей этого семейства в последние годы произошло возвращение к физическим управляемым моделям. При этом качественное отличие от робота-родоначальника состоит в том, что сегодня разнообразные управляемые модели собираются самими учениками из наборов Лего.

Язык Лого – заместительное средство для моделирования чего угодно. В распространении от одного до четырех исполнителей – черепашек, которые могут менять свою форму, создавать рисунки, двигаться по любым траекториям с разными скоростями, сообщить данные о той области экрана, где они находятся.

К его преимуществам можно отнести:

·           возможность написания команд и идентификаторов, как на русском, так и на английском языке, как в полной, так и в сокращенной форме;

·           крупный шрифт, уменьшающий напряжение глаз при работе;

·           легкость написания динамических программ и программ для работы с текстовой информацией;

·           наличие не одной, а 4-х черепашек, что позволяет легко создавать несложные игровые программы с небольшим числом персонажей;

·           возможность использования внешних процедур, что способствует развитию умения работать с библиотекой алгоритмов;

·           низкие требования к аппаратуре и совместимость с широким кругом IBM-совместимых компьютеров.

Но, как у любого продукта, у этой системы проявились и отрицательные стороны:

·   невозможность визуально отличить русские буквы от латинских, что порождает множество ошибок;

·   не полная совместимость с IBM-стандартом на клавиатуру;

·   отсутствие готовой помощи (хотелось бы, чтобы в новой версии была контекстно-зависимая помощь и гипертекстовый справочник);

·   отсутствие строки подсказки (назначений ключей);

·     ограниченное число черепашек;

·     неестественность логических связок;

·     наличие только одного вида циклов - цикла Repeat.

Лого является прекрасной средой, помогающей освоить основные элементы программирования - переменные, функции, типы данных и другие. Среда Лого играет большую роль при изучении в старших классах универсальных языков программирования, таких как Паскаль. [Лысиков А.И.] В тоже время Лого является прекрасным средством для развития мышления и самостоятельных исследований в самых разных интеллектуальных областях и с различными уровнями сложности.

Применение Лого в учебном процессе начальной школы

Компьютерная техника и связанные с ней информационные технологии проникают во все сферы деятельности человека и становятся естественной средой обитания. Понимание того, что может и (что не менее важно) чего не может делать компьютер, представление о сути управления, знания о типах информации и способах ее обработки необходимо сформулировать у детей уже в раннем возрасте. В свою очередь развитие логико-арифметического стиля мышления является, как известно, мощным фактором развития ребенка, способствующим повышению качества его учебной деятельности. Все это определяет актуальность изучения информатики уже в начальной школе (1 – 5 классы). Пропедевтические курсы, как сказано в стандарте, должны формировать навыки сознательного и рационального использования компьютера в учебной, а затем и в профессиональной деятельности.

В процессе создания творческой работы часто требуется не только собрать материал, красиво его оформить, но и построить компьютерную модель, изучаемого процесса, провести компьютерный эксперимент. Таким образом, просто необходимо, чтобы уже к 7-8 классу школьник владел не только простыми редакторами, но и мог разработать алгоритм, а затем воплотить его на конкретном алгоритмическом языке. Эта одна из причин, по которой в начальной школе нужно применять обработку различных типов информации (звук, графика, текст), изучение алгоритмических структур и создание простейших программ на компьютере с помощью объектно-ориентрованной среды Лого Миры. [Шелегова И.А.]

В соответствии с образовательным стандартом цель этих курсов – обеспечение прочного и сознательного освоения основ информатики, развитие устойчивого интереса к предмету, использование ПК как средства развития учащихся, овладение элементарными навыками использования компьютерных технологий. Все это формирует навыки учащихся сознательного использования ПК как инструмент в практической деятельности, обработки различных видов информации средствами современных компьютерных технологий, алгоритмического подхода к решению вычислительных задач.

Курсы не только прививают учащимся элементы информационной культуры, под которой понимается умение целенаправленно работать с информацией на ПК, но и помогают детям расширить свой кругозор, развить логическое мышление, творческий потенциал, связать с другими учебными предметами. [Кадочникова В.И., Бурнева Л.С., Молодых Н.Г.]

Достоинства курсов в том, что снимаются психологические барьеры во взаимодействии учащихся с компьютером, развивают потребность в творческой деятельности, создают условия для самовыражения ребёнка, усиливают мотивацию к обучению и т.д.

В то же время изучения Лого в начальной школе ориентировано на то, чтобы дать детям в руки инструмент, с помощью которого они смогли бы в среднем звене создавать проекты, помогающие исследовать окружающий мир и адаптироваться в нем.

Применение Лого для внешкольной работы по информатике

В соответствии с концепцией школьного образования в настоящее время созрела необходимость создания оптимальных условий для развития каждого ученика, для формирования человека с новым уровнем сознания, способного к самооценке и критическому мышлению. Одним из путей реализации является организация обучения, таким образом, чтобы учащийся имел возможность не только освоить обязательный курс базового образования, но и получить дополнительные знания высокого уровня, необходимо для продолжения обучения в ВУЗах. [Которов Н.П.].

Внеучебное время занимает значительное место в жизни школьников. Глубокий внутренний смысл внешкольной работы во всех ее формах состоит в привлечении детей к активному участию в общественно-полезной деятельности, в стимулировании инициативы и самостоятельности, в развитии индивидуальных интересов, склонностей и способностей.

Внешкольная работа с учащимися представляет собой органическую часть и важный элемент во всей учебно-воспитательной деятельности школы.

Занимаясь любимым делом с интересом и увлечением, учащиеся имеют возможность проявить большую активность, самостоятельность. Развитие этих качеств – необходимые условия для воспитания творческой инициативы. Поэтому опора на самостоятельность, активность, инициативу учащихся является важной особенностью внешкольной работы с детьми.

Очень важно, чтобы учащиеся во внеклассной работе в школах и внешкольных учреждениях занимались посильными для них делами, что характер творческой деятельности юных энтузиастов соответствовал их возрастным особенностям.

В результате систематического участия во внешкольной работе повышается уровень общей культуры учащихся. Школьники начинают понимать перспективы развития конкретной отрасли, ее место и роль в жизни. В личности школьника происходят большие изменения: улучшается поведение, отношение к коллективу, развивается творческая самостоятельность и профессиональная устремленность, умения использовать знания и опыт для решения практических задач.

Все это может служить общим критерием эффективности внешкольной работы с учащимися по информатике.

Одним из эффективных способов работы с учащимися является кружок.

Кружок – это форма организации творчества школьников во Внеучебное время. Это добровольное объединение учащихся, проявляющих общий интерес к той или иной конкретной области информатики и стремящихся занимать практической деятельностью в этой области.

Основы работы такого объединения составляют совместное изучение учащихся при создании мультфильмов на заданную тему, формирование навыков алгоритмизации в среде Лого Миры, формирование навыков работы с объектами мультимедийной среды Лого Миры.

Обзор публикаций о применении Лого в учебном процессе школы

В процессе исследования были проанализированы ряд статей, опубликованных в журналах «Информатика и образование» и в газетах «Информатика» (приложение к газете «Первое сентября») за последние 4 года с целью выявления информации, которая связана с: применением алгоритмов в среде Лого Миры, реализация их при решении задач, применение Лого Миры на уроках.

Приведем обзор статей, которые содержат данные материалы.

Автор статьи [1] рассматривает решение логических задач средствами алгебры логики. Описывается множество подходов к решению логических задач.

В публикации рассматривается только первый способ.

Статья [2] знакомит читателей с опытом работы со средой Лого Миры в школах Екатеринбурга. Рассматривается обучающая программная среда Лого Миры, разработанная на базе языка Лого. Говорится о методике использования среды Лого Миры для учащихся разных “возрастных категорий” (младших школьников и учащихся среднего звена) и для разных форм учебной работы.

Авторы приводят доводы в пользу применения среды Лого Миры в обучении информатике для разных возрастных категорий учащихся и для разных форм учебной работы, излагают некоторые наиболее интересные результаты работы (конкретные разработки, курс алгоритмизации с использование среды Лого Миры).

В статье А.Г. Юдиной [4] представлена рецензия на учебное пособие для общеобразовательных школ А.Г. Юдиной “Практикум по информатике в среде LogoWriter”, также представлен фрагмент учебного пособия с предисловием автора, в том числе глава 7 «построение графиков функций».

Рассказ о курсе алгоритмизации на основе использования Лого Миров, а также проекты и классно-поурочная система в обучении алгоритмизации представлено в статье И.А. Шелеговой и Н.А. Юнерман [5]. Авторы статьи утверждают, что “Основная цель – сформировать у учащихся уже в начальной школе навыки самообразования, помочь ребенку в самовыражении, развить его коммуникативные навыки”.

Статья А.А. Зайцева [6] рассказывает о методическом пособии, написанном в жанре увлекательной повести, посвященной языку Лого, работе с Лого-системой. Это – один из компонентов программного обеспечения. Распространяемого в свое время в рамках “Пилотные школы”.

Графика в Лого и поурочная методическая разработка по информатике для класса УНЦ в 7-8 классах рассмотрена в статье [7] Г.В. Луканина.

В статье [9] Н.Г. Ивановой, О.Л. Русаковой предлагаются конспекты занятий по информатике для учащихся 5-6 классов. Цель данного курса – дать первые представления о формах познания и законах логического мышления, развить алгоритмическое мышление, обучить приемам написания и отладки программ, использующих процедуры с параметром.

Курс рассчитан на 15 двухчасовых занятий.

Автор статьи [2д] Т.В. Головина знакомит читателей с тем, как в ее школе организована работа над индивидуальными и коллективными разработками на уроках информатики, на примере 7 класса при изучении темы Лого. Описываются сложности, с которыми может столкнуться учитель при осуществлении коллективного проекта, и приводится примерный ход уроков по изучению возможностей Лого.

Статья может помочь студентам и начинающим учителям в планировании своих уроков по данной теме, разобраться в некоторых тонкостях при работе с объектами среды, содержит примеры создания новых форм черепашки и некоторые кадры реализованной разработки.

В статье [18д] высказывается соображение, что учителю информатики следует добиваться наиболее тесной взаимосвязи уроков информатики и традиционных школьных дисциплин. По мнению авторов, уроки информатики должны обеспечить компьютерную поддержку традиционных дисциплин, учитель информатики должен координировать свою программу с программой других учителей. Далее предлагается набор разработок, основанных на использовании программирования Лого. Для каждой разработки указаны те традиционные школьные предметы и те компьютерные понятия, которые естественным образом затрагиваются при работе над этой разработкой. Хотя предложенные разработки рекомендуются для выполнения в начальной школе, в тоже время некоторые варианты помогут определиться студенту или начинающему учителю в выборе темы для разработки.

Общий вывод: публикаций достаточно много, темы их разнообразны, что говорит о популярности среды Лого Миры на занятиях по информатике в школе.

Роль алгоритмизации в базовом курсе

Содержание базового курса информатики, предусмотренное государственными стандартами образования, сочетает в себе три основных направления, отображающие важнейшие аспекты общеобразовательной значимости:

·   мировоззренческая линия, связанная с формированием представлений о системно-информационном подходе к анализу окружающего мира;

·   алгоритмическая линия, связанная с развитием логического мышления школьников;

·   пользовательская линия, связанная с формированием компьютерной грамотности, подготовкой школьников к практической деятельности в условиях широкого использования информационных технологий.

Изучение учебного материала по алгоритмической линии обеспечивает учащихся возможностью:

·     понять на основе анализа примеров, смысл понятия алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации в деятельности человека при использовании алгоритмов;

·     освоить основные алгоритмические конструкции, научиться применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения задач;

·     получить представление о библиотеке алгоритмов, уметь использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;

·     получить представление об одном из языков программирования, использовать этот язык для записи алгоритмов решения задач.

Этим же стандартом предусмотрены следующие требования к подготовке учащихся.

Учащийся должен:

·           понимать сущность понятия алгоритма, знать его основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

·           понимать возможности автоматизации деятельности человека при использовании алгоритмов;

·           знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их при построении алгоритмов;

·           записать на учебном алгоритмическом языке алгоритм простой задачи;

·           уметь составлять программы на одном из языков программирования для решения вычислительных задач.

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.

Главной целью изучения основ алгоритмизации в школе является:

·     развитие алгоритмического, конструктивного и логического мышления учеников;

·     формирование операционного типа мышления, которое направлено на выбор оптимального решения определенной поставленной задачей;

·     развитие интеллектуальных умений через изучение технологии программирования;

·     применение как универсального средства, которое может создавать себе интеллектуальных партнеров в любой сфере, где ученик может проявить себя как автор сценария, как программист;

·     развитие алгоритмического мышления путем создания программ средствами языка в конкретной среде программирования;

·     формирования приемов умственной деятельности (анализ, синтез, обобщение);

·     развитие памяти, фантазии, интуиции.

Развитие этих специфических видов мышления делает весомый вклад в развитие общего научного мировоззрения и умственных способностей личности учащихся. [Копаев А.В., Триус Ю.В.]

В тоже время алгоритмизация, как раздел информатики, который изучает процессы создания алгоритмов, традиционно относится к теоретической информатике вследствие своего фундаментального характера. Следовательно, при развитии новых информационных технологий, и в частности технологий программирования, появляется возможность в пределах раздела "Основы алгоритмизации" давать общенаучные понятия информатики, и в то же время формировать и развивать умение, и навыки необходимые пользователю при работе с современным программным обеспечением, [ст.24], т.е. появляется возможность сделать раздел "Основы алгоритмизации" мостиком между теоретической и практической информатикой. Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Стоит вспомнить работы А. Г. Кушниренка, Ю. А. Первина, А. Л. Семенова по внедрению "конструктивистской" парадигмы при изучении теоретической информатики. Одним из принципов этой парадигмы является самостоятельное добывание учениками знаний, которые формируются при работе с реальными и виртуальными объектами. Реализация этого принципа основывается на использовании творческих сред, таких как, например, Лого, Кумир, Роботландия.

Традиционно считалось, что знание языков программирования и умение ими пользоваться просто необходимо при работе с компьютером. Поэтому в школе учащихся обучают какому-нибудь алгоритмическому языку. А т.к. алгоритмические языки достаточно сложны, то это преподавание осуществлялось в старших классах. Сейчас появились различные адаптированные программные среды, в которых процесс программирования и составления алгоритмов доступен даже младшим школьникам. Это позволяет обучать основам программирования и построения алгоритмов, не вдаваясь в подробности того или иного сложного языка программирования. Наиболее благоприятной средой для изучения темы "Алгоритмизация" является среда Лого Миров. Она позволяет плавно перейти от игры к разработке серьезных алгоритмов, к созданию серьезных проектов. Причем сама среда такова, что нет необходимости искать побудительные мотивы для занятий в ней. Работа в редакторе форм, создание анимированных проектов привлекает учащихся, развивает их творческие способности и не надоедает им от урока к уроку. Наибольший интерес и понимание эта тема вызывает у школьников 5 класса. Там используется язык программирования Лого, который признан учебным для детей младшего и среднего школьного возраста. Уже в 5 и 6 классе, с его помощью, дети изучают все конструкции для структурного программирования: вызов процедур, ветвление, циклы. [Глинка Н.В.]

Раздел "Алгоритмизация" является одной из важнейших тем школьного курса информатики. Она красной ниточкой проходит через весь курс, усложняясь от класса к классу. Если на начальном этапе - это игра в алгоритмы, то в дальнейшем - это самостоятельное составление алгоритмов разного вида с использованием различных сред, в том числе и языков программирования.

Выбор начального языка программирования имеет принципиальное значение, так как от этого во многом зависит методика изучения курса, содержание и последовательность предъявления учебного материала, система учебно-познавательных заданий и, главное, вся дальнейшая работа по овладению программированием для решения реальных практических задач на ЭВМ. [Иванова Л.В. Юрзанова Т.К.]

Структура Лого подчинена методической системе, позволяющей последовательно вводить новые понятия, формировать умения и навыки операционного стиля мышления. Среди достоинств этого языка выделяем такие, как близость синтаксиса к естественному языку, приспособленность к интерактивному режиму работы, ориентация на формирование самых общих представлений о программировании, наличие системы графических примитивов, возможность использования процедур, позволяющих реализовать идеи структурного программирования. Наличие в Лого присущих всем алгоритмическим языкам арифметических и логических операций, большого количества стандартных функций позволяет перейти на заключительном этапе обучения к более сложным элементам программирования.

Лого–среды позволяют совершенно в новом ракурсе взглянуть на преподавание основ программирования. Являясь прекрасным образцом мультимедийных сред, адаптированных для обучения, они позволяют организовать обучение программированию на основе математических задач, а на этапах мультипликации: от разработки сценария до “оживления” и озвучивания персонажей. В них не только сохранены и расширены возможности изучения основных алгоритмических конструкций (ветвления, различные циклы, организация диалога), но и имеется разнообразный спектр атрибутов увлекательного программирования различных вычислительных задач. [Иванова Л.В, Юрзанова Т.К.]

Тема "Алгоритмизация" в школах РФ изучается с 5-х по 11 класс. В 5-х - 7-х классах учащиеся знакомятся с основными алгоритмическими конструкциями.

Обучение строится на последовательности решаемых задач, которые подбираются по следующим принципам:

1.   От простого к сложному;

2.   Новизна;

3.   Наследование.

 Алгоритмические конструкции вводятся по мере необходимости при решении конкретных задач.

Например, при изучении циклических алгоритмов вначале дается построение многоугольников, увеличивая количество их сторон, и, подводя к мысли, что, чем больше сторон у многоугольника, тем он больше напоминает окружность. Затем учащиеся приходят к выводу, что, используя линейный алгоритм такой многоугольник построить невозможно, необходимы новые знания.

Как итог изучения темы "Алгоритмизация" в среде LOGO, в 7-ом классе несколько уроков отводится для анимации. В этом разделе внимание учащихся акцентируется на работе в программном режиме, закрепляются навыки работы с процедурами и другими алгоритмическими конструкциями. Рисуя, учащиеся не только усваивают алгоритмические конструкции и их реализацию в различных средах, но и лучше понимают ЭВМ как формального исполнителя и то, что из принципа формального исполнения следует, что ни исполнитель, ни ЭВМ не могут совершать ошибок. Все ошибки (синтаксические, семантические и логические) совершает человек. Так как в 8-х - 11-х классах школьники уже знакомы с алгоритмическими конструкциями, преподавание можно вести от теории к практике, дополняя данные ранее определения алгоритмов, и изучать их реализацию на языке программирования.

Технология решения вычислительных задач

Под процессами решения вычислительных задач на ЭВМ надо понимать совместную деятельность человека и компьютера. Условно данный процесс можно представить в виде нескольких последовательных этапов. На долю человека приходятся этапы, связанные с творческой деятельностью-постановкой, алгоритмизацией и программированием задач, анализом результатов, а на долю компьютера - этапы обработки информации в соответствии с разработанным алгоритмом.

Рассмотрим, из чего складывается процесс решения вычислительных задач на ЭВМ, какие пройти этапы, чтобы достичь конечной цели – решить задачу. Следует заметить, что приведенные ниже последовательность действий ориентирована на решение задач любой сложности. Для простейших задач некоторые этапы, возможно, не понадобятся. Для более сложных задач некоторые этапы могут существенно усложниться

Этапы решения задачи на ЭВМ

1.   Постановка задачи 2.   Математическая формализация (описание задачи) 3.   Построение алгоритма	Работа без применения ЭВМ
4.   Составление программы на языке программирования 5.   Отладка и тестирование программы 6.   Проведение расчетов и анализ результатов	Работа на ЭВМ

Первый этап – постановка задачи

На этом этапе участвует только человек, который хорошо представляет предметную область задачи. Он должен четко определить цель задачи, на основании анализа имеющейся информации, привести описание каждого исходного данного и указать место его хранения, дать словесное описание содержания задачи и предложить общий подход к ее решению.

Второй этап – математическая формализация описания задачи

Этот этап выполняет человек, способный разработать математическое описание поставленной задачи. Целью этого этапа – создать такую математическую модель решаемой задачи, которая может быть реализована в компьютере. Существует целый ряд задач, где математическая постановка сводится к простому перечислению формул и логических условий.

Третий этап – построение алгоритма

На основе математического описания необходимо разработать алгоритм решения. Чаще всего алгоритм изображается в виде блок-схемы с четко определенной последовательностью действий. Алгоритм следует составлять, используя обозначения переменных и избегая конкретных значений констант. Алгоритм должен быть понятным любому пользователю и быть пригодным для решения задач.

Четвертый этап – программирование

Этот этап выполняет пользователь, умеющий программировать. Программа – это представление алгоритма с помощью специальных символов, воспринимаемых компьютером. Составление программы обеспечивает возможность физической реализации алгоритма и соответственно поставленной задачи. Во многих задачах при программировании на алгоритмическом языке часто пользуются заменой блока алгоритма на один или несколько операторов.

Пятый этап – отладка и тестирования программы

При выполнении первых этапов часто бывают допущены ошибки. Тестовая задача (тест) или контрольный пример – это совокупность исходных данных, на основании которых заранее определяются значения выходных данных. Программа и исходные данные тестовой задачи вводятся в оперативную память компьютера. Результаты решения сравниваются с полученными расчетами значениями. По результатам сравнения пользователь делает вывод: программа работает правильно, если результаты совпали, в противоположном случае в программе есть ошибки. Ошибки надо найти, вновь рассчитать тестовую задачу, и так до тех пор, пока не будет обеспечено полного совпадения результатов.

Шестой этап – проведение расчетов и анализ результатов

После устранения всех ошибок, выявленных тестовой задачей, можно перейти к получению результатов решения поставленной задачи. Подготавливаются исходные данные этой задачи и вводятся в ЭВМ. Полученные в результате решения выходные данные анализируются постановщиком задачи. На основании этого анализа вырабатываются соответствующие решения, рекомендации, выводы и т. д.

Рассмотренные этапы процесса решения вычислительных задач на ЭВМ позволяют определить роль человека и компьютера в этом процессе. Все сказанное выше характеризует давно сложившийся и устоявшийся подход к процессу решения вычислительных задач, когда основную творческую работу и работу, связанную непосредственно с программированием, выполняет человек, а компьютер участвует только как вспомогательное средство.[Жигорев А.Н, Макарова Н.В., Путинцева М.А.]

ГЛАВА 2. Решение вычислительных задач в среде Лого Миры