CC BY
4
УДК 372.862
Савенкова Е. О. студент бакалавриата Манаков А. С. студент бакалавриата Зверева Т.С. студент бакалавриата Воронежский государственный педагогический университет
Россия, г. Воронеж ФОРМИРОВАНИЕ ПОНЯТИЯ АЛГОРИТМА В БАЗОВОМ КУРСЕ
ИНФОРМАТИКИ
Аннотация:
В настоящее время в условиях современного общества возрастает роль фундаментального образования, способного в дальнейшем обеспечить готовность выпускника к освоению новых технологий. В статье представлены методические рекомендации для формирования понятия алгоритма в базовом курсе информатики.
Ключевые слова: информатика, алгоритм, алгоритмизация, образование, методика.
Savenkova E. O. Manakov A.S. Zvereva T.S. bachelor students Voronezh State Pedagogical University
Russia, Voronezh
THE FORMATION OF THE NOTION OF ALGORITHM IN THE BASIC COURSE OF INFORMATICS
Annotation:
Now in the conditions of modern society the role of the fundamental education capable to provide further readiness of the graduate to development of new technologies increases. The article presents guidelines for the formation of the concept of algorithm in the basic course of computer science.
Key words: computer science, algorithm, algorithmic, education, technique.
Обучение информатике невозможно без рассмотрения такого важного понятия как алгоритм. Изучение алгоритмов - традиционный раздел практически любого курса информатики, так как способность выполнять и разрабатывать алгоритмы занимает одно из центральных мест при обработке информации и решении различного рода задач.
Изучение и построение алгоритмов необходимо не только тем учащимся, которые изберут профессию программистов. Умение выделять алгоритмическую суть явления или процесса, выстраивать логическую цепочку - очень важно для любого человека, поэтому данная тема является
актуальной.
В основной школе алгоритмы изучаются на основе учебных пособий Л. Л. Босовой, Н. Д. Угриновича, И. Г. Семакина, начиная с седьмого класса.
Из практики известно, что вопросы, связанные с понятием алгоритма, даются детям с трудом. Поэтому очень важно искать пути, способные облегчить понимание и усвоение данного раздела информатики.
В течение всего периода преподавания информатики в школе актуальность темы «Алгоритмизация и программирование» претерпела значительные изменения. Из-за наличия теоретической базы предмета и технического обеспечение кабинета информатики значимость преподавания темы значительно снизилась, уменьшилось количество уроков, отводимых на изучение этой темы в старших классах. Большая часть времени отводится на преподавание тем цикла «Информационные и коммуникационные технологии». Наряду с этим нисколько не изменились требования к уровню усвоения знаний и умений этого раздела программы по информатике, так как он остается основой фундаментальных знаний по предмету.
А. Г. Гейн в седьмом классе рассматривает понятие алгоритма в разделе «Алгоритмы и исполнители». На изучение алгоритмизации по его авторской программе отводится 8 часов. Рассматриваются такие понятия, как: алгоритм, исполнители, программа, свойства алгоритмов. Понятие алгоритма вводится на основе примеров «как открыть дверь» и «как проехать к другу» с подробным описанием действий, так же автор делает акцент на то, что будет, если поменять местами какие-либо пункты, подводя тем самым к свойствам алгоритмов. Особую роль в закреплении знаний учащихся занимает задача в конце одного из параграфов: «Некий человек должен был перевезти в лодке через реку волка, козу и капусту. В лодке мог поместиться один человек, а с ним или волк, или коза, или капуста. Но если оставить волка с козой без человека, то волк съест козу. Если оставить козу с капустой, то коза съест капусту. А в присутствии человека "никто никого не ел". Человек всё -таки перевёз свой груз через реку. Как он это сделал?» В конце параграфа учащимся предлагается проверить свои знания в разделе «Проверь себя» [1].
В 7 классе Л. Л. Босова рассматривает понятие алгоритма, формы записи алгоритмов и их типы в разделе "Алгоритмика". На изучение этих тем в планировании отводится 7 часов, и также в конце раздела предусмотрена контрольная работа для выявления усвоенных учащимися знаний. В учебнике дается определение основных понятий, приводятся примеры, в конце каждого параграфа предлагается ответить на контрольные вопросы и выполнить задания. Понятие алгоритма автор вводит через «управление», а именно, что управлять исполнителями можно составлением алгоритмом и потом уже дает четкое определение алгоритма. На этой основе учащихся знакомят с основными исполнителями «Чертежник» и «Робот», а так же принципами работы в них. Так как упор автор делает на исполнители, то в конце предлагаются задания на понимания понятия «исполнитель», например: «Горничная каждое утро, убирая свой этаж, пылесосит ковровую дорожку.
Назовите исполнителей в этой задаче. Укажите их типы» [2].
В 9 классе у Н. Д. Угриновича раздел "Основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования". На изучение этого раздела отводится 20 часов из них всего около 5 часов на рассмотрение непосредственно всего, что касается алгоритмов: понятия "алгоритм", "исполнитель", свойства и типы алгоритмов, а также отводится внимание теме "Выполнение алгоритма на компьютере". В конце раздела предусмотрено проведение контрольной работы, в состав которой входят вопросы по алгоритмизации. Автор так же делает упор на практическое применение теоретических знаний, например: «Запишите алгоритм вычитания столбиком целых чисел в десятичной системе счисления» [3].
И. Г. Семакин предлагает в девятом классе раздел "Управление и алгоритмы", на который отводится 8 часов с обязательным проведением в конце раздела контрольной работы. В своем учебнике Семакин дает определение понятию "алгоритм", знакомит с его свойствами и типами. Акцент делается на исполнение алгоритма, больше говорится о программах и подпрограммах. Автор подробно изучает свойства алгоритмов, подробно описывая каждое свойство и приводя примеры. В следующем разделе "Программное управление работой компьютера" компьютер рассматривается как исполнитель алгоритма, поэтому идет знакомство с правилами записи алгоритмов на языке программирования Pascal [4].
При ознакомлении учащихся с алгоритмизацией, необходимо подобрать наиболее точное определение понятия алгоритма, например Н. Д. Угринович в своем учебнике по информатике для 9 класса формулирует следующее определение. Алгоритм - это описание детерминированной последовательности действий, направленных на получение из исходных данных результата за конечное число дискретных шагов с помощью понятных исполнителю команд. Необходимо определить ключевые моменты понятия, а именно, что алгоритм это: последовательность дискретных действий и эти действия не могут быть двусмысленными, является точным т.е. выполняется только одним каким-либо способом, иначе это не будет являться алгоритмом, должен быть понятным исполнителю, последовательность действий должна иметь строгий характер. Наглядно понятие алгоритма можно рассмотреть на примере приготовления чипсов.
Данный пример для учащихся будет актуален в их повседневной жизни. Алгоритм приготовления чипсов заключается в следующем:
1. Промыть сырой картофель;
2. Очистить картофель;
3. Нарезать картофель слайсами;
4. Промыть картофель от крахмала;
5. Обработать картофель кипятком и просушить (бланшировать);
6. Обжарить картофель во фритюре;
7. Добавить соль и специи по вкусу.
Одной из важных частей объяснения понятия алгоритма является
дискретность действий. Необходимо донести учащимся то, что мы не можем дать алгоритм в обобщенной форме, например, бланширование. Исполнитель не поймет команды, так как она включает в себя еще один дополнительный алгоритм.
Алгоритм должен быть точным и иметь строгую последовательность действий, т.е. нельзя сначала нарезать картофель, а потом его уже промыть, все пункты должны идти строго по порядку, который задается в начале.
Немаловажную роль играет понятность алгоритма. Исполнитель должен понимать содержание всех действий, которые необходимо ему выполнить. Так, картофель можно назвать «бульбой», что может вызвать затруднение в понимании смысла шага.
Для формирования полноценного понятия алгоритма у учащихся необходимо, чтобы обучающийся имел четкое представление о свойствах алгоритма. Поэтому с помощью заданий формируется целостная картина о представлении понятия алгоритма.
1) Дискретность, т.е. путь решения задачи разделен на отдельные шаги.
Рассмотрим простой пример: чтобы научить кого-то открывать дверь,
придется четко указать и сами действия, и порядок их выполнения.
Алгоритм открывания двери
Достать ключ.
Вставить ключ в замочную скважину.
Повернуть ключ 2 раза против часовой стрелки.
Вынуть ключ.
Если переставить в данном алгоритме второе и третье действия:
Достать ключ.
Повернуть ключ 2 раза против часовой стрелки.
Вставить ключ в замочную скважину.
Вынуть ключ.
В данном случае исполнитель может выполнить и этот алгоритм, но дверь не откроется. Если же поменять местами четвертое и пятое действия он станет невыполнимым. Таким образом, для алгоритма важен не только набор действий, но и то, как они организованы, то есть в каком порядке эти действия выполняются. Поэтому данное свойство является одним из важных в изучении понятия алгоритм.
2) Понятность - алгоритм должен состоять из команд, понятных исполнителю (входящие в систему команд исполнителя).
Даже будучи понятным, алгоритм не должен содержать предписаний, смысл которых может восприниматься неоднозначно. Например, вспомним известную всем притчу о царской воле. Царь приказал своим подчиненным выполнить такой указ: "Казнить нельзя помиловать". Из -за того, что он забыл в указе добавить запятую, то подчиненные не знали, что им делать.
"Казнить нельзя, помиловать".
"Казнить, нельзя помиловать".
Данные указания задают противоположные действия, от которых
зависит жизнь человека. Кроме того, в алгоритмах недопустимы такие ситуации, когда после выполнения очередного предписания алгоритма исполнителю неясно, какое из них должно выполняться на следующем шаге.
Еще одним примером является использование слова «цыбуля» (лук) при алгоритме приготовления борща, так как не все исполнители могут знать значение этого слова.
3) Определенность - каждая команда алгоритма должна определять четкое однозначное действие исполнителя.
Рассмотрим пример алгоритма по приготовлению какого-либо блюда с добавлением сахара. Команда «Добавить несколько ложек сахара». Для исполнителя непонятно, сколько ложек, каких ложек (столовых, чайных). Каждый исполнитель может понять это по-разному, вследствие чего результаты будут разные. Поэтому необходимо все действия трактовать четко и однозначно, например:
Положить 4 столовые ложки сахара.
Добавить 1 чайную ложку сахара.
4) Результативность - исполнение алгоритма должно завершиться за конечное число шагов.
Необходимо донести учащимся, что бесконечно исполняемые алгоритмы не могут привести к конечному результату.
Рассмотрим алгоритм, когда необходимо доехать из пункта «А» в пункт
«Б».
Завести машину.
Проехать прямо 200 метров.
Ехать по кольцевой дороге, пока она не закончится.
Остановится и заглушить машину.
В данном случае команда «Ехать по кольцевой дороге, пока она не закончится» является бесконечной и не приведет к результату, поэтому данное действие некорректно.
5) Массовость - алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными.
Необходимо донести учащимся то, что в большинстве случаев алгоритмы не обладают свойством массовости, так как они составляются для каждого конкретного случая. Но существуют такие классы задач, которые имеют одинаковый алгоритм, но различаются исходными данными.
Например, учащемуся требуется решить массу задач на нахождение площади прямоугольника ^=а*Ь, где а и Ь стороны прямоугольника) при различных значениях сторон а и Ь. Общий алгоритм выглядит следующим образом:
Измерьте длину прямоугольника а.
Измерьте ширину прямоугольника Ь.
Вспомните формулу нахождения площади прямоугольника S. Подставьте вместо букв числа. Выполните вычисления.
Алгоритм для нахождения площади прямоугольника единый, но мы можем рассчитать площадь как прямоугольника со сторонами а=4 и Ь=5, так и а=15 и Ь=3, а=17 и Ь=9, используя при этом один и тот же алгоритм, в этом и заключается свойство массовости алгоритма.
Таким образом, в изучении понятия алгоритма важно не только разбирать с учащимися определения, а также делать упор на свойства алгоритма, добавлять наглядные примеры, разбирать разнообразные упражнения с умениями применять теоретические знания на практике.
Таким образом, формирование понятия алгоритма у учащихся основного общего образования в курсе информатики будет эффективнее при условии систематического использования схем, таблиц, электронных плакатов, демонстрирующих взаимосвязь всех его структурных составляющих, а также содействия установлению системы понятий и опоры на личный опыт учащихся.
Использованные источники:
1. Гейн А.Г. Информатика и ИТ: учебник для 8 кл. / А.Г. Гейн, А.И. Сенокосов, Н.А. Юнерман. - М. : Просвещение, 2009. - 175 с.
2. Босова Л.Л. Информатика: учебник для 7 кл. / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. -М. : БИНОМ, 2013. - 224 с.
3. Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ: учебник для 9 кл. / Н.Д. Угринович. - М. : БИНОМ, 2012. - 295 с.
4. Семакин И.Г. Информатика и ИКТ: учебник для 9 кл. / И.Г. Семакин, Л.А. Залогова, С.В. Русаков, Л.В. Шестакова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 341 с.
