УДК 004.021

ИЗУЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ» В ПРОЦЕССЕ ПОДГОТОВКИ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ

Мартынюк Юлия Михайловна1, Ванькова Валентина Сергеевна2, Даниленко Софья Валерьевна3
1Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого, кандидат педагогических наук, доцент кафедры информатики и информационных технологий
2Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры информатики и информационных технологий
3Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого, кандидат педагогических наук, доцент кафедры информатики и информационных технологий

Аннотация
В статье дано обоснование роли дисциплины "Основы алгоритмизации" в подготовке будущих учителей информатики. Данная дисциплина не только закладывает фундамент для изучения программирования, но и формирует алгоритмическое мышление учителя, как необходимое условие успешности его профессиональной деятельности.

Ключевые слова: алгоритмическое мышление учителя, изучение программирования, одготовкf учителей информатики, основы алгоритмизации


THE STUDY COURSE "BASICS OF ALGORITHMS" IN THE PROCESS OF PREPARING FUTURE TEACHERS OF COMPUTER SCIENCE

Julia Martyniuk1, Valentinа Vankova2, Sophia Danilenko3
1Tula State Pedagogical University. LN Tolstoy, Ph.D., assistant professor of computer science and information technologies
2Tula State Pedagogical University. LN Tolstoy, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Department of computer science and information technology
3Tula State Pedagogical University. LN Tolstoy, Ph.D., assistant professor of computer science and information technologies

Abstract
The article substantiates the role of the discipline "Basics of algorithms" in the preparation of future teachers of computer science. This discipline not only lays the foundation for learning programming, but also generates algorithmic thinking of teacher as a necessary condition for the success of his professional activity.

Библиографическая ссылка на статью:
Мартынюк Ю.М., Ванькова В.С., Даниленко С.В. Изучение дисциплины «Основы алгоритмизации» в процессе подготовки будущих учителей информатики // Современная педагогика. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://pedagogika.snauka.ru/2016/11/6279 (дата обращения: 05.10.2017).

Дисциплина «Основы алгоритмизации» относится к категории основных дисциплин подготовки бакалавров педагогического направления профиля «Информатика». В рамках изучения данной дисциплины не только закладывается теоретический фундамент для дальнейшего изучения основ программирования и методов вычислений, не только формируются умения и навыки решения любых задач информатики, но и, прежде всего, формируется особый алгоритмический стиль мышления будущего учителя как основа его мировоззрения, база всех методов, способов и приемов обработки информации любого типа и сложности. Сформированность алгоритмического мышления у учителя выступает необходимым условием его формирования у учащихся. Человеку, родившемуся в 21 веке, не нужно отдельно доказывать важность и полезность такого мощного инструмента обработки информации, которым является компьютер. А решение любой задачи на компьютере от прохождения какой-либо игры до сложных математических расчетов невозможно без создания алгоритма. Именно поэтому степень сформированности алгоритмического мышления учителя информатики напрямую влияет на качество подготовки учащихся к их будущей профессиональной деятельности в условиях информационного общества. Критериями, по которым можно определить уровень алгоритмического мышления человека, выступают умения анализировать условия задач и выстраивать стратегии их решения, строить математические и информационные модели, выбирать оптимальный эффективный способ решения из множества возможных и доказывать его правильность, прогнозировать и оценивать результаты. Кроме того, достаточно важным является умение формализовывать алгоритмы, представлять их в виде, понятном некоторому исполнителю.

Данные положения, а также многолетний опыт авторов в подготовке учителей информатики в педагогическом вузе послужили отправной точкой для определения содержания дисциплины «Основы алгоритмизации» для бакалавров направления «Педагогическое образование» профиля «Информатика». Условно, содержание разбито на семь тем (см. Табл. 1), в каждой из которых изучаются следующие вопросы:

Таблица 1. Содержание дисциплины «Основы алгоритмизации»

Тема

Название

 

1

Введение в алгоритмизацию

Понятие алгоритма, трактовки понятия «алгоритм», свойства алгоритмов, основные алгоритмические конструкции

2

Исполнители алгоритмов

Понятие исполнителя, система команд исполнителя, исключительные ситуации в работе исполнителя.

3

Способы записи алгоритмов

Основные способы записи алгоритмов, блок-схемы, алгоритмический язык.

4

Элементы теории алгоритмов

Размер алгоритма, временнАя сложность алгоритма, ёмкость алгоритма.

5

Математические модели алгоритмов

Понятие модели, моделирование, математическое моделирование, влияние математического моделирования на эффективность алгоритма.

6

Программная реализация алгоритмов

Языки программирования, парадигмы программирования, способы реализации языка, классификация языков и подходов к программированию, требования к языкам программирования, среды разработки программных приложений.

7

Структуры данных для разработки алгоритмов.

Массивы, списки, стеки, очереди, множества, деревья, графы.

Предложенное содержание позволяет не только рассмотреть основные вопросы, изучаемые в школьном курсе информатики и информационно-коммуникационных технологий, но и выйти за рамки школьной программы и взглянуть на алгоритмы гораздо шире, с позиций программиста, специалиста в области информационных систем и технологий. Это особенно важно в условиях интеграции различных сфер жизни и профессиональной деятельности человека в информационном обществе.

Рассматриваемые теоретические вопросы находят свое отражение в содержании лабораторно-практических занятий, на которых студенты не только конкретизируют и закрепляют изученные вопросы, но и учатся дискутировать, отстаивать свою точку зрения, выдвигать гипотезы, находить оптимальные алгоритмы решения задач. Приведем два примера содержания лабораторных занятий.

Тема: Алгоритмы и исполнители

  1. Приведите примеры исполнителей. Перечислите команды, входящие в их системы команд. Обозначьте среду, в которой действует исполнитель, и круг задач, решаемых каждым исполнителем.

Например:

А) Исполнитель – Кот ученый.

Система команд: ходить по цепи кругом, идти налево, идти направо, завести песнь, говорить сказку.

Среда: около Лукоморья.

Круг задач: фильтрация данных (сказки – налево, песни – направо), повышение культурного уровня слушателей, решение проблемы культурного досуга, расширение кругозора (собственного и слушателей), обработка фольклорного наследия и т.п.

Б) Исполнитель – Белка.

Система команд: золотой грызет орех, изумрудец вынимает, скорлупку собирает, кучки равные кладет, с присвисточкой поет.

Среда: остров князя Гвидона.

Круг задач: обработка и сортировка драгоценных металлов и камней, проведение досуга в виде бесплатного концерта, увеличение золотого запаса острова князя Гвидона, дешевая и бескорыстная рабочая сила.

 

2. Выполните в графическом редакторе алгоритм для каждого из исполнителей (приводятся примеры исполнителей, для каждого из которых определены различные объекты и действия, обозначенные одними и теми же номерами, а затем формулируется алгоритм, по которому получаются различные рисунки в зависимости от системы команд различных исполнителей). Пример алгоритма:

  1. Начало.
  2. Нарисуй большой 1
  3. Внутри 1 слева нарисуй 2
  4. Внутри 1 справа нарисуй 3 так, чтобы 2 и 3 пересекались
  5. Пересечение закрась цветом 4
  6. Оставшуюся часть 2 раскрась цветом 5
  7. Оставшуюся часть 3 раскрась цветом 6
  8. Оставшуюся часть 1 раскрась цветом 7
  9. Стоп.

3. Выполните задания «Диктанта по клеточкам». Для этого на листе в клеточку изобразите картинку, полученную по следующей схеме:

(приводится схема, построенная при помощи стрелок “влево”, “вправо”, “вверх”, “вниз” с указанием количества клеток для каждого перемещения).

Задания на дом:

  1. Разработайте задание, в котором необходимо восстановить порядок следования картинок, иллюстрирующих действия или события, происходящие в какой-либо сказке, песне, процессе или явлении (например, смена времён года, цветение одуванчика и т.п.).
  2. Разработайте 2 задания для «Диктанта по клеточкам»: 1) простой рисунок; 2) симметричный рисунок, для которого дается описание лишь одной части, а вторая восстанавливается путем симметричного преобразования (осевая или центральная симметрия).
  3. Создайте в графическом редакторе рисунок, использующий различные инструменты графического редактора. Опишите алгоритм создания данного рисунка.

Тема: Способы записи алгоритма

  1. Определите значение переменной s после выполнения фрагмента алгоритма, записанного на языке блок-схем (приводится пример задания).
  2. Решите задачу и обоснуйте каждый шаг решения:

Для составления цепочек разрешается использовать бусины 5 типов, обозначаемых буквами А, Б, В, Е, И. Каждая цепочка должна состоять из трех бусин, при этом должны соблюдаться следующие правила:

  • в середине цепочки стоит одна из бусин А, В, И,
  • на третьем – любая гласная, если первая буква согласная, и любая согласная, если первая гласная,
  • на первом месте – одна из бусин В, Е, И, не стоящих в цепочке в середине.

Какая из цепочек построена по этим правилам?

1) АИБ    2) ЕВА           3) ИАВ           4) ВИБ

3. Выполните задание:

В приведенном ниже фрагменте алгоритма, записанном на алгоритмическом языке, переменные a, b, c имеют тип «строка», а переменные i, k – тип «целое». Используются следующие функции:

Длина (a) – возвращает количество символов в строке a (тип «целое»).

Извлечь(a,i) – возвращает i-ый (слева) символ в строке a (тип «строка»).

Склеить(a,b) – возвращает строку, в которой записаны сначала все символы строки a, а затем все символы строки b (тип «строка»).

Значения строк записываются в одинарных кавычках (например, a:=’дом’).

i:=Длина(a)

k:=2

b:=’’

c:=’’

пока i>1

нц

w:= Извлечь(a,i)

b:= Склеить(b,w)

w:= Извлечь(a,i-1)

c:= Склеить(c,w)

i:=i-k

кц

w:= Извлечь(a,i)

b:= Склеить(b,w)

b:= Склеить(b,c)

Какое значение будет у переменной b после выполнения вышеприведенного фрагмента алгоритма, если значение переменной a было ‘КОШКА’?

1) ‘КОАШК’      2) ‘АШККО’             3) ‘АШКОК’             4) ‘КАШКО’

4. Постройте и опишите каким-либо способом алгоритм решения следующих задач:

А) Даны 9 монет, среди которых имеется одна фальшивая, отличающаяся от всех других весом (легче настоящих). Как при помощи двух взвешиваний на чашечных весах без гирь определить фальшивую монету?

Б) Имеются два кувшина вместимостью8 литрови5 литров. Необходимо отмерить 4 литра из бочки ёмкостью20 литров. Возможными операциями являются:

-  наполнение кувшина жидкостью из бочки;

-  выливание содержимого кувшина в бочку;

-  переливание из одного кувшина в другой до полного опустошения первого;

-  переливание из одного кувшина в другой до полного заполнения второго.

В) Натали надо испечь яблочный пирог. Обычных часов у нее нет, но есть двое песочных часов. Одни рассчитаны на 7 минут, другие – на 11 минут. Как ей точно отмерить 15 минут, необходимых для приготовления пирога?

Г) Имеется трехместная лодка, в которой одно из мест забронировано человеком. Нужно переправить на другой берег козла, капусту, двух волков и собаку, причем собака в ссоре с волками, козел неравнодушен к капусте, а волки и собака не могут оставаться наедине с козлом.

Задания на дом

1. Установите правило, по которому образована каждая последовательность. Запишите установленное правило в словесной форме и продолжите согласно данному правилу каждую последовательность тремя следующими элементами:

А) 23, 45, 89, 177, …

Б) 3, 8, 15, 24, 35, …

В) 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, …

Г) 1, 2, 3, 1, 4, 9, 1, 8, 27, 1, …

Д) 11, 12, 1121, 1321, 122131, 132231, 122232, 112431, …

2. Постройте и опишите каким-либо способом алгоритм решения задачи:

А) При помощи только 4- и 7-минутных песочных часов точно отмерьте девять минут.

Б) Три миссионера и три людоеда должны перебраться через реку. У них есть одна лодка, в которой помещаются только двое. Во избежание трагедии нельзя оставлять вместе больше людоедов, чем миссионеров. Как переправиться через реку?

Изучение данной дисциплины предполагает использование наряду с традиционными и такой формы организации обучения, как дидактическая игра. Например, обсуждение предлагаемых студентами исполнителей проходит в виде творческого конкурса «Супер исполнитель», а решение задач п.4 последней темы предполагает работу в составе творческого коллектива-«фирмы», которая должна не просто решить задачу, но и продумать рекламную компанию по своему продвижению на рынке алгоритмических услуг.

Предлагаемое содержание дисциплины «Основы алгоритмизации» полностью соответствует задаче формирования алгоритмического мышления будущего учителя информатики и способствует дальнейшему успешному освоению дисциплин блока программирования.


Библиографический список
  1. Ванькова, В.С. Решить или объяснить, как я это сделал// «Информатизация образования – 2006»: Материалы Международной научно-методической конференции/ В.С.Ванькова, Ю.М.Мартынюк. – Тула: Изд-во ТГПУ, 2006. – С. 122-126.
  2. Ванькова, В.С. Изучение понятий «исполнители» и «алгоритмы» в школьном курсе информатики// Эффективная педагогика. Научно-методический журнал. № 3 (26)/ В.С.Ванькова, Ю.М.Мартынюк. – Тула, 2011. – С. 42 – 45.


Все статьи автора «Мартынюк Юлия Михайловна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: