Теоретические и методические основы обучения алгоритмизации и программированию в пропедевтическом курсе информатики (5-6 классы)

Теоретические основы предметной области алгоритмизации и программирования в курсе информатики основной школы.

Термин «информатика» в русском языке является сравнительно новым словообразованием. В работе академика А. П. Ершова «Информатика: предмет и понятие» отмечается «три прихода термина „информатика“ в русский язык». Первая интерпретация относится к 1950;м годам. Ее суть отражена в статье об информатике в Большой Советской Энциклопедии выпуска 1972 г.:

" Информатика — дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности" [5]. Второй приход относится к 60-м годам ХХ века, когда термин «информатика» входит в употребление как калька с французского informatique — наука об ЭВМ и их применении. Синонимом к такой интерпретации является английское «computer science» .

И, наконец, определяя новое содержание информатики периода «третьего пришествия» (70−80-е годы ХХ столетия), А. П. Ершов отмечает, что термин «информатика» приобретает более широкое значение «как название фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации» .

Информатика как научная область и как область практического использования компьютерной техники и информационных технологий начала складываться во второй половине ХХ века. К первоисточникам современной информатики следует отнести теорию информации, зародившуюся в 1930;х годах в работах К. Шеннона, Р. Хартли, и теорию алгоритмов (Э. Пост, А. Тьюринг, А. Марков), и работы Джона фон Неймана по архитектуре ЭВМ.

Прикладная ветвь информатики формируется с появлением электронно Вычислительных машин. Таким образом С начала своего зарождения информатика объединяет в себе науку об информации — теоретическую информатику, информационную технику и технологии — прикладную информатику. По отношению к последней сравнительно недавно в употребление вошел оборот «Информационно-коммуникационные технологии», или сокращенно — ИКТ.

В отечественной общеобразовательной школе отдельный учебный предмет, посвященный изучению информатике, существует с 1985 года. За более чем 30-летний период изменялось его содержание вместе с изменением предметной области информатики. В этом процессе формировалась современная концепция общеобразовательного курса информатики, выделялись инвариантные составляющие его содержания.

Начиная с 1990;х годов в школах России складывается опыт трехэтапного изучения информатики: пропедевтического курса в начальной школе, базового курса в основной школе и профильного обучения информатике в старших классах полной средней школы.

Основные разделы курса информатики соответствуют следующим линиям (направлениям) изучения:

• § информация и информационные процессы;
• § представление информации;
• § компьютер (архитектура);
• § формализация и моделирование;
• § алгоритмизация и программирование;
• § информационные технологии;
• § гуманитарная информатика (социальная информатика) [25].

Линия «Алгоритмизация и программирование» является самой разработанной линией из курса информатики.

Планируемые результаты, характеризующие систему учебных действий в отношении знаний, умений, навыков, расширяющие и углубляющие опорную систему, достигаются отдельными мотивированными и способными учащимися; они не отрабатываются со всеми группами учащихся в повседневной практике, но могут включаться в материал итогового контроля.

Планируемые результаты изучения линии «Алгоритмизация и программирование» :

Выпускник научится:

• · понимать смысл понятия «алгоритм» и широту сферы его применения; анализировать предлагаемые последовательности команд на предмет наличия у них таких свойств алгоритма как дискретность, детерминированность, понятность, результативность, массовость;
• · оперировать алгоритмическими конструкциями «следование», «ветвление», «цикл» (подбирать алгоритмическую конструкцию, соответствующую той или иной ситуации; переходить от записи алгоритмической конструкции на алгоритмическом языке к блок-схеме и обратно); информатика программирование педагогическая обучение
• · понимать термины «исполнитель», «формальный исполнитель», «среда исполнителя», «система команд исполнителя» и др.; понимать ограничения, накладываемые средой исполнителя и системой команд, на круг задач, решаемых исполнителем;
• · исполнять линейный алгоритм для формального исполнителя с заданной системой команд;
• · составлять линейные алгоритмы, число команд в которых не превышает заданное;
• · ученик научится исполнять записанный на естественном языке алгоритм, обрабатывающий цепочки символов;
• · исполнять линейные алгоритмы, записанные на алгоритмическом языке;
• · исполнять алгоритмы c ветвлениями, записанные на алгоритмическом языке;
• · понимать правила записи и выполнения алгоритмов, содержащих цикл с параметром или цикл с условием продолжения работы;
• · определять значения переменных после исполнения простейших циклических алгоритмов, записанных на алгоритмическом языке;
• · разрабатывать и записывать на языке программирования короткие алгоритмы, содержащие базовые алгоритмические конструкции. Выпускник получит возможность:
• · исполнять алгоритмы, содержащие ветвления и повторения, для формального исполнителя с заданной системой команд;
• · составлять все возможные алгоритмы фиксированной длины для формального исполнителя с заданной системой команд;
• · определять количество линейных алгоритмов, обеспечивающих решение поставленной задачи, которые могут быть составлены для формального исполнителя с заданной системой команд [6].

Понятие «Алгоритм» занимает одно из центральных мест в современной науке.

Появление алгоритмов связывают с зарождением математики. Более 1000 лет назад (в 825 году) ученый из города Хорезма Абдулла (или Абу Джафар) Мухаммед бен Муса аль-Хорезми создал книгу по математике, в которой описал способы выполнения арифметических действий над многозначными числами. Эти способы и сейчас изучают в школе. Само слово «алгоритм» возникло в Европе после перевода на латынь книги этого среднеазиатского математика, в которой его имя писалось как «Алгоритми». «Так говорил Алгоритми» , — начинали европейские ученые, ссылаясь на правила, предложенные Мухаммедом аль-Хорезми [1].

Алгоритм — понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящую от исходных данных к искомому результату [2].

Исполнитель алгоритма — это тот объект или субъект, для управления которым составлен алгоритм [2].

Система команд исполнителя (СКИ) — это вся совокупность команд, которые исполнитель умеет выполнять [2].

Свойства алгоритма: понятность, точность, конечность.

Понятность: алгоритм составляется только из команд, входящих в СКИ исполнителя.

Точность: каждая команда алгоритма управления определяет однозначное действие исполнителя.

Конечность (или результативность): выполнение алгоритма должно приводить к результату за конечное число шагов.

Среда исполнителя: обстановка, в которой функционирует исполнитель.

Определенная последовательность действий исполнителя всегда применяется к некоторым исходным данным. Например, для приготовления блюда по кулинарному рецепту нужны соответствующие продукты (данные). Для решения математической задачи (решения квадратного уравнения) нужны исходные числовые данные (коэффициенты уравнения).

Полный набор данных: необходимый и достаточный набор данных для решения поставленной задачи (получения искомого результата).

Способы записи алгоритмов: графический, словесный и в виде программ для компьютера.

Графический способ предполагает использование определенных графических символов — блоков.

Таблица 1. «Графические символы — блоки» .

Наименование блока.	Обозначение блока.
Процесс.		Обработка информации.
Принятие решения.		Логический блок проверки истинности или ложности некоторого условия.
Передача данных.		Ввод или вывод информации.
Пуск, остановка.		Начало или конец программы.
Модификация.		Организация циклического процессазаголовок цикла.

Совокупность блоков образует так называемую блок-схему алгоритма.

Словесная запись алгоритмов ориентирована прежде всего на исполнителя-человека и допускает различную запись предписаний, но при этом запись должна быть достаточно точна.

При записи алгоритмов в виде программ для компьютера используются языки программирования — системы кодирования предписаний и правила их использования. Для записи алгоритмов в виде программ характерна высокая степень формализации [2].

Алгоритмы работы с величинами.

Основные алгоритмические структуры.

Величинаэто отдельный информационный объект, который имеет имя, значение и тип [2].

Исполнителем алгоритмов работы с величинами может быть человек или специальное техническое устройство, например, компьютер. Такой исполнитель должен обладать памятью для хранения величин. Величины бывают постоянными и переменными.

Постоянная величина (константа) не изменяет своего значения в ходе выполнения алгоритма. Константа может обозначаться собственным значением (числа 10, 3.5) или символическим именем (число).

Переменная величина может изменять значение в ходе выполнения алгоритма. Переменная всегда обозначается символическим именем (X, A, R5).

Основные типы величин: целый, вещественный логический, символьный.

Выражение — запись, определяющая последовательность действий над величинами.

Выражение может содержать константы, переменные, знаки операций, функции [2].

Команда присваивания — команда исполнителя, в результате которой переменная получает новое значение [2].

Формат команды: :=.

Исполнение команды присваивания происходит в таком порядке: сначала вычисляется, затем полученное значение присваивается.

Команда ввода — команда, по которой значения переменных задаются через устройства ввода [2], по которой значение величины отображается на устройстве вывода компьютера (например, на мониторе).

Команда ветвления — разделяет алгоритм на два пути в зависимости от некоторого условия, затем исполнение алгоритма выходит на общее продолжение. Ветвление бывает полное и неполное [2].

Описание ветвления в блок-схемах и на Алгоритмическом языке:

Таблица 2. «Ветвление»

Полное ветвление.	Неполное ветвление.	Блок-схема.
если < условие.	>	если <	условие.	>
то < Cерия 1.	>	то <	Cерия.	>
иначе < Cерия программа.	>	кв.
кв.

Команда цикла обеспечивает повторное выполнение последовательности команд (тела цикла) по некоторому условию.

Цикл с предусловием — истинно условие цикла: выполнение которого повторяется.

Таблица 3. «Цикл с предусловием» .

Цикл с параметромповторное выполнение тела цикла, пока целочисленный параметр пробегает множество всех значений от начального (In) до конечного (Ik):

Таблица 4. «Цикл с параметром» .

Линия «Алгоритмизация и программирование» является самой разработанной в курсе информатики 7−9 классов. Планируемые результаты изучения данной линии дают возможность обучающемуся в полной мере освоить материал, иметь широкое представление об алгоритмах и широту сферы их применения.

Однако, для более плавного вхождения в тему алгоритмизации и программирования в 7−9 классах необходима пропедевтика данной темы, которую целесообразно осуществлять в обучении информатике в более младших классах.