От алгоритмического мышления к программированию автоматизированных систем

МО «Управление образования Намского улуса»

МБОУ «Хамагаттинский саха-французский лицей»

Доклад на тему:

«От алгоритмического мышления к программированию автоматизированных систем»

Выполнил: учитель информатики

Москвитин Владилен Николаевич

2013 год.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………...3

Глава 1.Исполнители.

1.1.Исполнитель РОБОТ…………………………………………………………….4

1.2.Среда программирования PascalABC…………………………………………5

1.3. КонструкторLego MindstormsNXT 2.0………………………………………..6

1.4. Микроэлектроника в школе.( Arduinoin school)………………………………8

Глава 2. Из опыта работы

2.1.Исполнитель робот………………………………………………………………9

2.2. Программирование на Pascal…………………………………………………..12

2.3. Элективный курс «Конструирование»………………………………………..13

2.4 Микроэлектроника в школе…………………………………………………….15

Заключение…………………………………………………………………………..17

Список использованной литературы………………………………………………19

Введение

Тема алгоритмизация является основной в изучении предмета «Информатика» в школьной программе. Наиболее эффективно изучение алгоритмических структур стало возможным с использованием персонального компьютера. Изучение алгоритмов является предпосылкой для освоения программирования.

Часто говорят, что в современных условиях развитого прикладного программного обеспечения изучение программирования потеряло свое значение как средство подготовки основной массы школьников к труду, профессиональной деятельности. С одной стороны, это действительно так, но, с другой стороны, изучение основ программирования связано с целым рядом умений и навыков (организация деятельности, планирование ее и т.д.), которые по праву носят общеинтеллектуальный характер и формирование которых - одна из приоритетных задач современной школы.

Велика роль изучения программирования для развития мышления школьников, формирования многих приемов умственной деятельности. Здесь роль информатики сродни роли математики в школьном образовании. Поэтому не использовать действительно большие возможности программирования, решения соответствующих задач для развития мышления школьников, формирования многих общеучебных, общеинтеллектуальных умений и навыков было бы, наверное, неправильно.

Идея: Практическое применение алгоритмических навыков, при программировании роботов и микропроцессоров.

Цель: Построить систему элективных курсов для повышения навыков программирования в различных системах.

Актуальность: Одной из ключевых проблем в России является её недостаточная обеспеченность инженерными кадрами , а также низкий уровень инженерного образования при выборе будущей профессии выпускниками школ. При поступлении в технические вузы, выпускник должен обладать базовыми навыками программиста.

Проблема: Низкий уровень алгоритмического мышления у школьников, отсутствие интереса к программированию.

Глава 1. Исполнители

ИсполнительРОБОТ.

В данном разделе для составления задач и разработки программ используется система исполнителей «РОБОТ» К. Ю. Полякова. Для программы представлен достаточный набор задач с решениями, разработанными автором. Возможность составления собственных задач в системе позволяет проявить творчество в изучении темы. Данная среда исполнителя «РОБОТ» позволяет составлять задачи для основных алгоритмических структур (линейный, цикл, ветвление, процедура).

Среда Робота

Исполнитель Робот К. Ю. Полякова предназначен для того, чтобы без участия человека сажать цветы в подготовленные для них грядки. В программе Робот изображен в виде тележки которая передвигается по полю. Поле размечено на квадраты, каждый из которых может быть: 1) свободным местом ; 2) грядкой ; или 3) стенкой . Робот может переходить из клетки в клетку по грядкам или по свободным клеткам, ходить по клумбам с цветами запрещается. Задача исполнителя посадить цветы на всех грядках и вернуться на базу, обозначенную значком .

Основные команды робота

СКИ (система команд исполнителя) Робота:

направо; - повернуться на 90 градусов вправо

налево; - повернуться на 90 градусов влево

кругом; - развернуться кругом ( на 180 градусов )

вперед(n); - перейти на n клеток вперед

назад( n); - перейти на n клеток назад

посади; - посадить цветы на грядке в том месте где стоит робот

Робот не может ходить по диагонали, переходить сквозь стенки и топтать цветы на клумбах.

Среда программирования PascalABC

Паскаль, разработанный в 1970-х гг. Никлаусом Виртом как язык обучения программированию, претерпел за прошедшее время довольно много изменений в лучшую сторону. Основная заслуга в этом принадлежит фирме Borland International, долгое время выпускавшей линейку Turbo Pascal. Одно из основных усовершенствований, внесенных ею, — дополнение языка разнообразными и мощными средствами ввода-вывода. Кроме того, в Паскаль были введены средства непосредственного доступа к портам и ячейкам памяти, а позднее — возможность включать в текст программы фрагменты, написанные на ассемблере. Все это превратило Паскаль из средства обучения в достаточно мощный универсальный язык.

В сфере образования до сих пор широко используется последняя 7-я версия Паскаля фирмы Borland, созданная более двадцати лет назад. Со своей основной задачей компилятор Паскаля справляется, однако зачастую даже школьники, постигшие азы программирования, натыкаются на его ограничения. Одним из основных недостатков компилятора является его 16-разрядность. Ограничение в 64 Кбайт на все статические данные выглядит слишком жестким при типичных сегодня 1- 4 Гбайт оперативной памяти. То же касается и графических режимов: максимальное разрешение, с которым способен работать Turbo/Borland Pascal, требует лишь 150-Кбайт видеопамяти, в то время как появляются видеоадаптеры, несущие «на борту» уже более 1Гбайт.

Сегодня практически весь рынок программных продуктов ориентирован на многозадачные операционные системы (Windows, UNIX и др.) и интенсивно использует API-инструментарий, а также визуальные средства программирования.

СистемаPascal ABC создавалась на факультете математики, механики и компьютерных наук ЮФУ как учебная среда программирования (автор — доцент С. С. Михалкович).

Система представляла из себя фактически интерпретатор языка программирования Паскаль с интегрированной оболочкой. Язык, в основном, соответствовал входному языку Object Pascal. Некоторые возможности, например, записи с вариантами, опускались «как бесполезные». Система Pascal ABC разрабатывалась в среде Delphi для операционных систем, использующих Win32 API.

Несмотря на неполную реализацию языка, система стала удачной заменой системе Turbo Pascal в первоначальном обучении программированию. Уже с версии 2 Pascal ABC стал надёжной средой программирования для начинающих, имеющей практически полную реализацию Object Pascal. Система широко использовалась на мехмате ЮФУ как для обучения студентов, так и в работе Детской компьютерной школы мехмата ЮФУ. Её использование также отмечалось в ряде средних школ Ростова-на-Дону. Благодаря созданию сайта системы Pascal ABC её использование существенно расширилось, система стала известна за пределами Ростова-на-Дону, как учебную систему её использовали во многих регионах СНГ. В каталоге Soft@Mail.ru программа Pascal ABC в 2006 году признавалась программой недели, а также признавалась самой популярной программой в категории программирование в 2005 и 2007.

В состав программы входит встроенный электронный сборник задач по программированию ProgrammingTaskbook Изучая программирование на языке Паскаль, учащиеся прочнее усваивают основы алгоритмизации и программирования, приобщаются к алгоритмической культуре, познают азы профессии программиста.

1.3 Конструктор LegoMindstormsNXT 2.0

С ерия конструкторов Mindstorms началась еще в 1998 г. с Робототехнической Изобретательской Системы ( RoboticsInvention System – RIS ) , созданной на базе контроллера RCX. RIS также была оснащена доступным языком программирования, который позволял самостоятельно запрограммировать действия самодельных роботов на базеRCX.

Н ачиная с 2006 г. новым набором LegoMindstorms NXT пользователи получили многочисленные усовершенствования по сравнению с RIS, делающие создание роботов еще проще и увлекательнее.

Однако конструктор NXT выходит за пределы простых усовершенствований железа и программного обеспечения. Новый набор открывает робототехнику для всех возрастов.

Технические характеристики блока NXT

32 – битный микроконтроллер ARM7: тактовая частота 48МГц, оперативная память ( RAM ) 64 Кбайт, внешняя память ( FLASH ) 256 Кбайт.

8 – битовый микроконтроллер AVR: тактовая чистота 8МГц, оперативная память ( RAM ) 512 байт, внешняя память ( FLASH ) 4 Кбайт.

Беспроводной канал Bluetooth (устройство соответствует требованиям BluetoothClass II V2.0)

Скоростной порт USB ( 12 Мбит/с)

4 порта входа, 6 – проводной кабель для цифровой платформы ( один из портов включает порт расширения, соответствующий требованиям IEC 61158 Type 4/EN 50 170 для использования в будущем)

3 порта выхода, 6 – проводной кабель для цифровой платформы

Графический ЖК – дисплей 100х64 пикселя

Громкоговоритель – качество аудио 8 Кгц, аудиоканал с 8 – битовым квантованием и частотой семплирования 2 – 16 Кгц

Среды программирования роботов на базеNXT

1.4 Микроэлектроника в школе.( Arduinoinschool)

Сейчас каждого ребёнка окружает немыслимое число различных устройств, но, к сожалению, дети не имеют представления, как работают эти гаджеты. Образовательная среда Arduino — Fritzing» позволит вместе с учениками исследовать, как создаются такие устройства, как ими управлять, как их проектировать. Учащиеся начинают понимать, во-первых, что ходом физических процессов можно управлять с помощью программ, во-вторых, что в основе любого устройства находится контроллер, который реагирует на изменения одних параметров изменением других. В итоге складывается современный базовый междисциплинарный инженерный курс. Создание в школе системы «Arduino — Fritzing», позволит ребятам, проявляя свои творческие способности, окунуться в мир интерактивных объектов, проводить опыты, исследования и эксперименты в метапредметной среде, развивая инновационное мышление и формируя качественно новый взгляд на сегодняшний технологический мир. Это будет взгляд инженера и дизайнера, а не потребителя.

Сейчас в средней школе необходимо активно начинать популяризацию профессии инженера. Детям нужны образцы для подражания в области инженерной деятельности. Занятия в лаборатории микроэлектроники позволят ощутить волшебство в работе инженера. Занимаясь в лаборатории, дети начинают чувствовать творческий путь от «идеи» до её «реализации», т.е. весь производственный цикл. Микроэлектроника является эффективным методом для изучения важных областей науки, технологии, конструирования и математики

Глава 2. Из опыта работы.

2.1. Исполнитель робот.

Данный исполнитель изучается как средство обучения основным навыкам программирования в 9 классе. Изучение данного исполнителя формирует у учеников базовые навыки программиста ( грамматика среды программирования, составление линейной программы, расставление операторных скобок, составление ветвящихся структур, циклические алгоритмы, работа с переменными)

Формирование алгоритмического мышления, умение правильно давать команды роботу, правильное применение условий, циклов – позволяют развить общеинтеллектуальные качество учеников.

После изучения данного курса ученики должны уметь составлять линейные, циклические программы, применять в программах выбор условия, начальные представления работы с переменными.

Примеры программ реализуемых с помощью исполнителя РОБОТ.

Л инейная задача (Простейшая)

Л инейный алгоритм – это алгоритм, команды которого выполняются одна за другой и не зависят от условия. В этой задаче необходимо посадить пять клумб, которые находятся в различных частях поля. Программа для решения данной задачи выглядит следующим образом

Решение линейных задач достаточно просты, так как программа выполняется последовательно. Наличие стенок и клумб в данной задаче вносят некоторое усложнение и «оживление» постановки самой задачи. Использование в системе пошагового выполнения программы позволяет достаточно просто обнаружить ошибки в программе.

Циклы

Ц икл– это многократное повторение одинаковых действий.

Тело цикла – это команды, которые выполняются несколько раз.

Ш аг цикла – это однократное выполнение тела цикла.

В предложенной постановке задачи клумбы чередуются с грядками и выстраиваются в одну линию (ходить по посаженной клумбе запрещено)

Для решения данной задачи подходит цикл повтори, в котором известно сколько раз необходимо повторять тело цикла

Н аличие оператора цикла в программе, позволяет сократить алгоритм решения задачи в два раза. Алгоритмическая структура цикла используется во многих задачах робота, потому что он двигается постоянно. Использование только линейных команд ВПЕРЕД и НАЗАД удлиняет программу и делает решение задачи нерациональным.

Вложенные циклы

Вложенный цикл – это цикл, который находится внутри другого цикла. При решении этой задачи, используется конструкция цикл в цикле. Грядки выстраиваются в лабиринт. Повторяется не только команда «посади» с шагом, но и ряды грядок, поэтому для решения задачи нужно использовать вложенные циклы.

Данная программа должна выполняться независимо от местоположения робота внизу стены. При проверке с помощью редактора лабиринта робот помещается на любую клетку внизу горизонтальной линии. Частые ошибки детей заключаются в том, что они рассматривают только частный случай, и ошибки связанные с расставлением скобок.

2 .2. Программирование на Pascal

Данный курс преподается как элективный в 10 классе.

Язык программирования Паскаль выбран для изучения потому, что он ближе всего к алгоритмическому языку, на нем легче писать программы. Изучая данную среду, ученики одновременно приобретают навыки работы в операционной системе. Это включает набор и редактирование текса, файловую систему. И освоив азы программирования на Паскале, можно легко перейти на другие, более сложные языки.

Проблема при изучении программирования в 10 классе заключается в том, что у детей не сформированы навыки программиста. Они не знают что такое переменные, что такое линейная программа, выбор условия, циклы. Приходится уделять много времени грамматике языка Pascal.

При составлении программы обязательно строится блок-схема. Правильное составление блок- схемы является половиной решения задачи.

После изучения данного курса ученики должны освоить следующие навыки:

Умеют составлять программы по заданной блок- схеме.

Уметь читать простые программы из части А, B ЕГЭ по информатике;

Уметь составлять простые программы с использованием условного оператора,

Уметь составлять программы с использованием циклов

Знать что такое массивы, обрабатывать массивы.

Знать, что такое процедуры, функции, применять их для составления программ

2.3. Элективный курс «Конструирование»

Преподается в 9 – 10 классах по 1 часу в неделю.

Этот курс позволяет наглядно изучить основные алгоритмические структуры. Программирование роботов, учитывая показания датчиков, позволяет увидеть написанный алгоритм в действии. Среда программирования робота позволяет составлять программы, затрагивающие различные области программирования (выбор условия, циклы, вложенные циклы, работа с переменными). Кроме того, данный курс, тесно связан с изучением законов физики. При составлении различных устройств, можно наблюдать действие физических законов (действие силы тяжести, законы Ньютона, силу трения, и т. д ). Также, различные навыки, например учет погрешностей при поворотах, погрешности показаний разных датчиков, дети получают при участии в различных конкурсах по робототехнике.

При конструировании данного робота, для выталкивания кеглей с ринга, должны учитываться размеры ринга, кеглей, центр тяжести данного робота.

Пример программы для соревнований кегльринг

Команды для робота составлены в виде иконок, что позволяет интуитивно понимать ту или иную команду. Программы составленные на этих языках, напоминают блок – схемы .

В предложенных программах, используется циклический алгоритм с выбором условия по показаниям датчиков. При написании таких программ, закрепляются навыки программирования циклов, вложенных циклов, выбора условий.

2.4. Микроэлектроника в школе

Примеры из опыта Школы № 24 г. Архангельска

В школе создана и успешно используется лаборатория микроэлектроники которая позволяет учащимся за время обучения пройти современный междисциплинарный инженерный курс. Кроме того, наличие в школе 30 мобильных компьютеров школьника (Intel Classmate PC) позволяет легко использовать оборудование в разных учебных кабинетах и создать среду «1 ученик — 1 компьютер», и тем самым наиболее эффективно развивать самостоятельность учащихся в выполнении экспериментальных работ.

В рамках средней школы возможно организовать «комбинированный» вариант обучения, в котором виртуальная реальность и действительность будут тесно переплетены.

Пример из опыта ГБОУ Лицей при Санкт- Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. Проф.М. А. Бонч - Бруевича

Используется микропроцессор NX – 877PLUS II

Данный курс преподается как элективный для 10 классов 68 ч. в год.

Курс микроэлектроники, позволяет научиться программировать на языке С++

Данный язык программирования, преподается во всех технических вузах.

Опыт работы на C++ - это некоторый показатель опыта и уровня человека, не таланта, не способностей к программированию ,а именно уровня.

Заключение.

На основании всего вышесказанного я предлагаю следующее:

Данная система элективных курсов позволяет непрерывно обучать программированию почти на всех ступенях старшей школы. Изучение основ программирования связано с целым рядом умений и навыков (организация деятельности, планирование ее и т.д.), которые по праву носят общеинтеллектуальный характер и формирование которых - одна из приоритетных задач современной школы.

Данные элективные курсы планируется ввести в образовательный процесс начиная с 1 сентября 2013 г. Рабочие программы по курсам «Алгоритмика» и «Микроэлектроника» находятся на стадии разработки, для дальнейшего отправления на защиту. Рабочие программы по курсам «Программирование» и «Робототехника» должны быть доработаны, подобраны задания.

С 1 сентября, планируется запуск школьного сайта информатики и икт, в котором будут размещены задания по данным элективным курсам. Ученики, могут просматривать задания с сайта через Wi-Fi. Сайт находится на стадии сбора материала.

Прогнозируемые результаты после внедрения данных элективных курсов:

Участие на олимпиадах по программированию

Повышение мотивации учащихся

Повышения успеваемости учащихся по другим предметам

Подготовка выпускников к обучению в технических вузах

Повышение творческих способностей учеников.

После внедрения данных курсов, производится мониторинг успеваемости учащихся.

Список использованной литературы

С. А. Филиппов Робототехника для детей и родителей под редакцией д – ра техн. наук, проф А. Л. Фрадкова. Санкт- Петербург 2011г.

http://кpolyakov.narod.ru

http://ru.wikipedia.org

http://cabinet78.narod.ru/micro.html

Попов В.Б. Turbo Pascal для школьников: Учеб. Пособие.- 3-е доп. изд. - М.: Финансы и статистика, 2007.

http://legoengineering.com

http://mindstorms.com

http://arduino.cc

http://pascal.sources.ru

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/32166-ot-algoritmicheskogo-myshlenija-k-programmiro