Методические особенности изучения алгоритмизации

Подходы к изучению алгоритмизации

В федеральном образовательном стандарте по информатике и ИКТ тема алгоритмизации присутствует в разделе «Обработка информации»: «Алгоритм, свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Алгоритмические конструкции. Логические значения, операции, выражения. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм».

В Примерной программе теме «Алгоритмы и исполнители» выделяется 19 ч. Содержание темы расписано более подробно, чем в стандарте: «Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Возможность автоматизации деятельности человека. Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ). Алгоритмические конструкции: следование, ветвление, повторение. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм. Алгоритмы работы с величинами: типы данных, ввод и вывод данных».

Изучение алгоритмизации в школьной информатике может иметь два целевых аспекта: первый — развивающий аспект, под которым понимается развитие алгоритмического (еще говорят — операционного) мышления учащихся; второй — программистский аспект. Составление программы для ЭВМ начинается с построения алгоритма, важнейшим качеством профессионального программиста является развитое алгоритмическое мышление.

Подходы к раскрытию темы в учебной литературе.

Понятие алгоритма является центральным в первом школьном учебном пособии по информатике. Там приводится следующее определение: «Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или на решение поставленной задачи». Указание на выполнение каждого отдельного действия названо командой, а «совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя». В качестве основного свойства алгоритма подчеркивается формальный характер работы исполнителя при его выполнении. Отсюда делается вывод о том, что исполнителем алгоритма может быть автомат (машина, робот). На этой идее основан принцип программного управления работой компьютера, поскольку программа — это и есть алгоритм, представленный на языке, «понятном» компьютеру — на языке программирования.

Сформулированные в учебном пособии под ред. А. П. Ершова понятия явились дидактической основой для раскрытия темы алгоритмизации во всех последующих учебниках информатики.

Наряду с использованием алгоритмического языка для описания алгоритмов активно используются блок-схемы. Подчеркивается необходимость стандартного изображения блок-схем, чего также требует методика структурного подхода к программированию.

В своих методических статьях и выступлениях А. П. Ершов выдвигал следующую идею применительно к школьной информатике: различать исполнителей алгоритмов, работающих с величинами и работающих «в обстановке»; а соответствующие алгоритмы для этих исполнителей называть алгоритмами работы с величинами и алгоритмами работы «в обстановке». В алгоритмах второго типа отсутствуют такие элементы, как величины (переменные, константы), команда присваивания, однако используются все типы алгоритмических структур. Идея применения таких исполнителей для обучения в полной мере была реализована в более поздних учебных изданиях.

Методика использования учебных исполнителей алгоритмов получила развитие в учебниках для X —XI кл. А. Г. Кушниренко (исполнители Робот, Чертежник), А. Г. Гейна (исполнители Чертежник, Робот-манипулятор, Вычислитель) и в учебнике для VII—IX кл. А. Г. Гейна (исполнитель Паркетчик).

В учебнике И. Г. Семакина применен кибернетический подход к теме алгоритмизации. Алгоритм трактуется как информационный компонент системы управления. Такой подход дает возможность ввести в содержание базового курса новую содержательную линию — линию управления. Это многоплановая линия, которая позволяет затронуть следующие вопросы: элементы теоретической кибернетики — кибернетическая модель управления с обратной связью; элементы прикладной кибернетики — структура компьютерных систем автоматического управления (систем с программным управлением); назначение автоматизированных систем управления; основы теории алгоритмов.

Для того чтобы соблюсти принцип инвариантности содержания по отношению к конкретным версиям программного обеспечения, в учебнике описывается гипотетический учебный исполнитель, которому дано имя ГРИС — графический исполнитель. Это исполнитель, работающий в обстановке (т.е. без использования величин). На примере ГРИС вводятся основные понятия алгоритмизации. Предлагаемая последовательность заданий способствует эффективному достижению основной цели раздела — освоения структурной методики построения алгоритмов.

Подводя итог обзору изложения алгоритмизации в учебниках 1−3 поколений, отметим, что в них отразились результаты большой исследовательской работы авторов в построении методической системы обучения алгоритмизации. Это одно из значительных научно-методических достижений в области теории и методики обучения информатике. Такая система отнюдь не потеряла актуальность и для современного этапа развития школьной информатики.

В ученике четвертого поколения Семакин И. Г. Информатика и Икт, 2005, сохранен тот же методический подход и содержание раздела алгоритмизации.

Изучение алгоритмизации и программирования в базовом курсе Н. В. Макаровой поддерживается учебником Информатика 7−9 кл., под ред. Н. В. Макаровой и учебным пособием Информатика 7−9 кл., Практикум по информационным технологиям, под ред. Н. В. Макаровой. В учебнике раскрываются основные теоретические понятия темы: определение алгоритма, свойства и структуры алгоритмов. Все понятия иллюстрируются на примерах бытового характера. Никакого формализованного исполнителя алгоритмов в учебнике не используется.

Материал для практической работы по данной теме содержится в учебном пособии в разделе «Программирование в среде ЛОГО». Практическая работа учащихся заключается в составлении программ управления исполнителем Черепашка, имеющимся в среде ЛогоМиры. Порядок изучения определяется последовательностью усложнения структур алгоритмов: линейные, циклические, ветвящиеся, включающие процедуры. Обучение навыкам алгоритмизации и правилам программирования на языке ЛОГО происходит параллельно.

Следует заметить, что согласно тематическому плану, приведенному в методическом пособии для учителя на изучение раздела «Алгоритмизация и программирование» отводится 34 ч. в VII кл. Это не согласуется с федеральным базисным учебным планом (напомним: общий объем курса 105 ч в VIII, IX кл.). Поэтому изучение темы «Алгоритмизация и программирование» по учебно-методическому комплексу Н. В. Макаровой возможно лишь при наличии вариативной компоненты БУП.

На изучение раздела «Основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования» по учебнику Н. Д. Угриновича отводится 14 ч в 9 классе, что согласуется с примерной программой по информатике и федеральным базисным учебным планом. Общее определение и свойства алгоритма кратко описываются в подразделе 2.1. Учебные среды (исполнители) для освоения алгоритмизации не применяются. Об алгоритмических структурах и структурах данных рассказывается параллельно с описанием программирования на языке Visual Basic.

Для описания алгоритмов в учебниках Н. В. Макаровой и Н. Д. Угриновича используется блок-схемы, но не используется учебный алгоритмический язык.