Методика проведения и содержание занятий по теме "Алгоритмизация и программирование"в среднем специальном учебном заведении

Каныгина Любовь Андреевна

Занятие №1

Тема. Понятие алгоритма. Свойства и различные способы записи алгоритма. Компьютер как формальный исполнитель алгоритма.

Цели:

образовательные – сформировать понятия алгоритма, исполнителя, формального исполнителя, изучить свойства и способы описания алгоритмов;
развивающие – развивать логическое мышление, память, внимание, умение сравнивать и анализировать;
воспитательные – воспитывать трудолюбие, культуру речи и общения студентов, самостоятельность.

Тип занятия: комбинированный урок.

План занятия:

1. Организационный момент.
2. Проверка знаний студентов.
2.1. Фронтальная устная беседа.
2.2. Тест с взаимопроверкой.
2.3. Терминологический диктант.
2.4. Беседа по тесту и предыдущей теме.
3. Изучение нового материала.
3.1. Понятие алгоритма.
3.2. Свойства алгоритма.
3.3. Способы описания алгоритма.
4. Закрепление.
5. Итоги занятия.
6. Домашнее задание.

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент.

Мотивация: в начале занятия повторим предыдущий материал, проверим его, выполнив тест и диктант. Затем, используя имеющиеся знания по информатике и по другим дисциплинам, рассмотрим новую тему, чтобы подготовиться к решению задач на компьютере.

2. Проверка знаний студентов.

2.1. Фронтальная беседа, связанная с вопросами теста.

Как перевести целое число из десятичной системы счисления в другую систему счисления?

(Делить последовательно целое число на основание новой системы счисления до получения частного, меньшего делителя. Результатом является число, записанное в обратном порядке, начиная с последнего частного).

Какие логические операции вы знаете?

(Дизъюнкция, конъюнкция, инверсия)

Вспомните определение дизъюнкции (логического сложения), конъюнкции (логического умножения), инверсии (логического отрицания) и условия их истинности.

(Даются определения и условия истинности)

2.2. Тест с последующей взаимопроверкой <Приложение 1>.

Учитель. Одна подгруппа будет выполнять тест. Перед вами инструкции для отвечающих и для проверяющих, листочки для черновых записей и бланк ответа. Заполните в бланке ответа столбец “Ответ”. Через 12 минут вы поменяетесь местами. Проверяющие из второй подгруппы заполнят те же бланки ответов и выставят оценку. Окончательная оценка ставится преподавателем и будет объявлена и прокомментирована на следующем занятии.

Исправления в бланках ответов не допускаются!

2.3. Терминологический диктант (в квадратных скобках даны ответы).

Учитель. Со второй подгруппой проводим диктант. Вы должны кратко ответить на вопрос или закончить предложение.

Предмет, процесс или явление, имеющее уникальное имя и представляющее собой единое целое, называют моделью или объектом? (Объект)
По сравнению с моделируемым объектом модель содержит столько же информации, меньше информации или больше информации? (Меньше)
Выбрать, какая пара объектов находится в отношении "объект – модель": космический аппарат и законы Ньютона и всемирного тяготения или автомобиль и техническое описание автомобиля? (Автомобиль и техническое описание автомобиля)
Закончите предложение. Моделью называют объект, имеющий … (существенные для данного исследования свойства объекта)
Что собой представляет этап "формализация" для решения задачи на компьютере? (Подбор или вывод формул, связывающих исходные данные и результаты)
Как называется этап решения задачи, на котором она разбивается на отдельные части (шаги)? (Алгоритмизация)
Какие свойства реальных объектов воспроизводят муляжи продуктов в витрине магазина? (Цвет, форму, …)
Может ли один и тот же объект иметь разные материальные модели? Если да, то для чего? (Да, для разных исследований)
Приведите пример информационной модели, имеющей табличную структуру. (Таблица Менделеева, таблица розыгрыша по футболу, …)
Какая модель является динамической: формула химического соединения или формула закона Ома? (Ни та, ни другая)
Приведите примеры знаковых моделей. (Физические, математические, химические формулы, нотные записи и т.д.)

Учитель. Сдайте диктант, оценки за него узнаете на следующем занятии. Поменяйтесь местами с первой подгруппой. Проверьте тест, используя инструкцию проверяющего. Проставьте свои ответы в столбце “Ответ проверяющего”. Проставьте оценку: 9 правильных (по вашему мнению) ответов – оценка “5”, 8-7 – “4”, 6-5 – “3” и сдайте бланки ответов преподавателю. Продолжаем работу с первой подгруппой.

2.4. Фронтальная беседа (в квадратных скобках даны примерные ответы студентов).

Почему в тесте был вопрос по переводу числа из десятичной системы счисления в двоичную? С чем это связано? (Мы изучали этапы решения задач на компьютере, а кодирование информации происходит последовательностями 0 и 1 (двоичными кодами), а это цифры двоичной системы счисления)
В чём суть информационной технологии решения задач на компьютере?

(Для решения задачи на компьютере её нужно формализовать, т.е. составить для неё математическую модель (формулы не отражают конкретных ситуаций - биологии, медицины и т.д.), которая затем реализуется на ПК)

Перечислить этапы решения задач на компьютере. (Постановка задачи, формализация, выбор метода решения, алгоритмизация, кодирование, отладка и тестирование, реализация (использование))
Объяснить сущность этапа “Постановка задачи”? (Нужно определить исходные данные и результаты и обозначить их)

Задание “Часы” <Рисунок 1>. Составьте определение по указанному времени: 15:55, 13:30, 04:10, 07:50, 12:25, 20:45 и запишите его в тетради

(Моделирование – это метод познания, состоящий в создании моделей).

Рисунок1

Учитель. Заканчиваем на этом работу, проверяющие сдают бланки ответов. Результаты теста и правильность выставления оценок вы узнаете на следующем занятии. Если оценка преподавателя отвечающему студенту разойдется с оценкой проверяющего более чем на 2 балла, то в журнал ставится оценка на балл ниже, при расхождении в 1 балл – сохраняется оценка проверяющего.

3. Изучение нового материала (беседа).

3.1. Понятие алгоритма.

Скажите, где вы уже встречались с термином “алгоритм”? (При решении задач по физике, химии, математике.)
Как вы понимаете этот термин? (Порядок действий, последовательность действий, план решения и т.д.)
Рассмотрим задачу из физики.

В цепи имеются два конденсатора электрической ёмкостью С₁ и С₂. Найти ёмкость цепи. Как вы будете решать задачу? (Нужно знать, как соединены конденсаторы.)

Добавим, что соединение параллельное. (Теперь можно решить по формуле С_о=С₁+С₂)
А если задачу предложить ученику 7 класса? (Не решит, т.к. не поймёт, не изучали электричество.)

Вывод: Будет ли решена задача, зависит от исполнителя – студент поймёт и решит, а семиклассник – нет.

Рассмотрим задачу: решить уравнение ax²+bx+c=0. Как вы будете решать задачу? (Исходные данные a, b, c, результат - x)
Какая последовательность действий должна быть? (D=b-4ac, если D>0, то , если D = 0, то , если D<0, то нет решений.)
Приведите примеры из различных областей. (Инструкции, рецепты и т.д.)

Записать в тетради.

Алгоритм – это базовое понятие информатики, не имеет строгого определения, но описать его можно так: алгоритм - это конечная последовательность действий исполнителя, направленная на решение поставленной задачи.

Учитель. Рецепт приготовления чая (предположим, что чай готовят два человека одновременно).

Вскипятить свежую воду.
Ополоснуть заварной чайник крутым кипятком.
Положить чай из расчёта 1 чайную ложку на чашку чая и сразу залить кипятком.
Через 3-5 минут помешать.
Добавить сахар по вкусу.

Получится ли одинаковый чай? (Нет, т.к. они могут положить разное количество сахара.)

Учитель. Следовательно, результат зависит от исполнителя.

Записать в тетради.

Смысл понятия алгоритм в том, что посредством алгоритма задаётся последовательность действий, допустимых для некоторого исполнителя и обеспечивающая достижение поставленной цели.

3.2. Основные свойства алгоритмов.

Мы рассмотрели разные последовательности действий. Как же среди них выделить алгоритмы? (Они должны иметь общие свойства.)

Записать в тетрадях (и на доске).

Свойства алгоритмов.

Дискретность – разрывность, отделённость одного действия от другого.
Детерминированность – однозначность, определённость формулировок, не допускающая разных толкований.
Конечность – каждое отдельное действие (и весь алгоритм) должно быть выполнено (имеет предел).
Результативность – получение результата после конечного числа шагов, предусматривающее все возможные варианты.
Массовость – возможность решать множество однотипных задач.

Учитель. Рассмотрим пример: сложение дробей с разными знаменателями.(На этом примере учитель демонстрирует все свойства алгоритма)

3.3. Способы записи алгоритмов.

Учитель. Как мы сейчас представили алгоритм? (Словами)

А при решении квадратного уравнения? (Формулами с пояснениями)

А как записать алгоритм для компьютера, чтобы ему это было понятно? (В виде программы)

Записать в тетрадях.

Программа – это алгоритм, предназначенный для исполнителя-компьютера.

Компьютер – формальный исполнитель, он не понимает, что делает, не думает, точно выполняет те действия, которые ему задал человек.

Способы записи алгоритмов.

Словесный или словесно-формульный – рассчитан на исполнителя-человека.
Графический – с помощью геометрических фигур, для исполнителя-человека, а также как подготовительный для реализации на компьютере.
Программа – для исполнителя-компьютера.

Учитель. Подробно графический способ записи рассмотрим на следующем занятии.

4. Закрепление.

Учитель. Объяснить суть свойства “дискретность”, привести пример. (Решение задачи разделяется на отдельные шаги, например, деление отрезка пополам.)

Является ли алгоритмом следующая последовательность действий:

Достать ключ.
Вставить в замочную скважину.
Повернуть два раза по часовой стрелке.
Вынуть ключ.
Открыть дверь. (Да, по определению.)

В сказке герою даётся поручение: “Пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю, что”. Можно ли этот набор действий считать алгоритмом? Обоснуйте, используя свойства алгоритма. (Нет, т.к. отсутствуют все свойства.)

5. Итоги занятия.

Учитель. Что нового узнали на уроке? (Понятие алгоритма, его свойства и способы описания.)

Вы хорошо сегодня поработали, много сделано: тест, диктант, привели много примеров при изучении новой темы. Молодцы!

6. Домашнее задание:

1) выучить основные понятия и определения;
2) записать в тетради алгоритм из любой области деятельности.

Занятие № 2

Тема. Основные типы алгоритмов: линейный, разветвляющийся, циклический.

Цели:

образовательные – изучить основные типы алгоритмов, представление их в виде схем, закрепить свойства и способы описания алгоритмов;
развивающие – продолжить развитие логического мышления, памяти, внимания, умения сравнивать и анализировать;
воспитательные – воспитывать трудолюбие, самостоятельность, культуру речи, культуру взаимоотношений студентов и студентов и преподавателя.

Тип занятия: комбинированный урок.

План занятия:

1. Организационный момент.
2. Анализ выполнения работ предыдущего урока.
2.1. Анализ теста.
2.2. Анализ диктанта.
3. Проверка домашнего задания.
3.1. Фронтальная беседа.
3.2. Проверка записей в тетрадях – примеры алгоритмов.
3.3 Тест “Алгоритм и его свойства”.
4. Изучение нового материала.
4.1. Графическое описание алгоритмов.
4.2. Основные типы алгоритмов.
5. Закрепление в процессе изучения нового материала.
5.1. Решение задачи на линейную структуру.
5.2. Решение задачи на ветвление.
6. Домашнее задание.

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент.

Мотивация (связать с будущей профессией): нам нужно изучить основные типы алгоритмов, их представление в графической наглядной форме, чтобы подготовиться к решению задач на компьютере. Кроме того, нужно хорошо усвоить, что выполнение алгоритмов (иногда подсознательное) – это основа всей деятельности человека: социальной, учебной, научной, профессиональной. В бухгалтерии бухгалтеры-расчётчики будут заниматься начислением вашей зарплаты, так же используя алгоритмы. Наша с вами задача - познакомиться с основами разработки алгоритмов.

2. Анализ выполнения работ предыдущего урока.

2.1. Анализ теста: указать типичные недостатки на конкретных примерах, прокомментировать ответы.
2.2. Анализ диктанта.

Учитель. Трудность вызвал в основном десятый вопрос, но прежде ответьте: какие модели являются динамическими? (Динамические модели: их состояние изменяется во времени. Статические модели: их состояние не изменяется во времени.)

Вопрос № 10 в диктанте формулировался так: “Какая модель является динамической: формула химического соединения или формула закона Ома?”. Каким должен быть ответ? (Никакая)

Вас сбил союз или, и вы, не вдумываясь, выбрали ответ из двух предложенных неверных.

3. Проверка домашнего задания.

3.1. Фронтальная беседа.

Что называется алгоритмом? (Алгоритм – это конечная последовательность действий, направленная…)
А правильно ли поставлен вопрос? Каким понятием является понятие алгоритма? (Базовое неопределяемое понятие информатики)
Как правильно сформулировать вопрос? (Как описывается алгоритм? Что такое алгоритм?- т.е. не должно быть слова “называется”.)
Назовите и объясните свойства алгоритма. (Перечисляются и объясняются свойства алгоритма )
Перечислить способы записи алгоритма. (Перечисляются способы записи алгоритма.)

3.2. Проверка записей в тетрадях – зачитывают примеры алгоритмов.

3.3. Тест “Алгоритм и его свойства” <Приложение 2>.

Порядок (алгоритм) выполнения.

Вписать фамилию и номер группы в графе для отвечающего.
Вписать номера ответов в столбец “Ответ”.
Через 5 минут обменяться тестами и бланками ответов с соседом.
Вписать фамилию и номер группы в графе для проверяющего.
Ответить и сравнить полученные ответы: в зависимости от числа совпадений выставить оценку.

Критерий оценки: оценка равна количеству совпадающих ответов.

Исправления в бланке ответов не допускаются!

4. Изучение нового материала.

4.1. Графическое описание алгоритмов (Записать в тетради).

При графическом описании алгоритм изображается в виде схемы с помощью стандартного набора геометрических фигур <Рисунок 2>

Рисунок 2.

(Преподаватель объясняет назначение и стандарт изображения каждой фигуры)

4.2. Основные типы алгоритмов.

При решении задач студенты привлекаются к решению, т.к. на занятиях по физике они изучили этот материал.

1. Задача. Два конденсатора электроёмкостью С₁ и С₂ соединены последовательно. Определить общую электроёмкость.

Исходные данные: С₁ и С₂. Результат: С_О.

Формула для вычислений: .

Учитель. Изобразим графически, располагая слева на странице, чтобы справа осталось место.

(Поясняется порядок действий компьютера при математических вычислениях:

Рисунок 3.

сначала выполняются вычисления, а затем результат помещается в ячейку памяти - подготовка к изучению оператора присваивания).

Рисунок 4.

2. Задача. Даны два конденсатора электроёмкостью С₁ и С₂.

Определить общую электроёмкость.

Возникает вопрос: как они соединены? Мы хотим решать задачи с любым типом соединения конденсаторов (массовость), т.е. на выбор формулы повлияет вид соединения.

Исходные данные: С₁ и С₂ , вид соединения. Результат: С_О.

Формула:

, если конденсаторы соединены последовательно;

, если конденсаторы соединены параллельно.

Ответ на вопрос о соединении конденсаторов позволяет выбрать формулу для решения.

Вопрос всегда представляет собой логическое выражение, которое может быть истинным или ложным, что соответствует ответу “да” или “нет”.

3. Задача. Дано число а. Возвести его в квадрат, если оно отрицательно, в противном случае оставить без изменения.

Рисунок 5.

Рисунок 6.

После решения задач выясняем совпадения и разницу в изображении алгоритмов, подписываем “Полная развилка” и “Неполная развилка”.

4. Задача. Получить из натурального числа х число 0 при помощи единицы.

Обсуждаем со студентами действие, с помощью которого можно получить требуемый результат и условие прекращения действий, т.к. они выполняются неоднократно.

а)

Рисунок 7.

б) По условию х – натуральное число, т.е. не равно 0, поэтому можно сразу начать алгоритм с уменьшения х. Как при этом изменится блок-схема?

Рисунок 8.

Выясняем, что схемы отличаются местом постановки условия, записываем “Цикл с предусловием” и “Цикл с послеусловием”.

Можем ли мы сказать, сколько раз повторятся действия в цикле? (Нет, это зависит от вводимого числа.)

Записать в тетрадях.

Цикл с предусловием может не выполниться ни разу, а цикл с после условием – бесконечное число раз (зацикливание) при неправильном вводе х = 0.

Циклы с предусловием и с послеусловием называются циклами с неизвестным числом повторений.

Тело цикла – это последовательность повторяющихся действий.

Учитель.

Цикл с известным числом повторений мы рассмотрим на следующих занятиях.

Соотнесите рассмотренные схемы с темой занятия и попробуйте сформулировать определения основных типов алгоритмов самостоятельно. (Обсуждаем и записываем в тетради.)

Определение 1. Алгоритм, в котором вычислительные или другие действия записываются в естественной форме, последовательно, называется линейным.

Определение 2. Алгоритм, в котором выбор одного из вариантов действий зависит от некоторого условия, называется разветвляющимся или ветвлением.

Определение 3. Алгоритм, в котором некоторая последовательность действий повторяется конечное число раз, называется циклическим.

5. Закрепление.

Назовите по схемам (устно, по чертежам на доске): условие цикла, тело цикла, цикл с предусловием, цикл с послеусловием, условия выбора варианта решения.
Решение задачи на линейную структуру.

Задача. Вычислить значение функции . Составить алгоритм решения задачи и записать его в виде блок-схемы.

Решение:

Рисунок 9.

6. Итоги занятия (Что узнали нового? Чему научились? Отметить работу отдельных студентов)

7. Домашнее задание:

1) выучить определения, фигуры для изображения схем алгоритмов, основные структуры алгоритмов;
2) составить алгоритм для человека, не умеющего пользоваться телефоном, и изобразить схему алгоритма (телефон исправен).

Занятие № 3

Тема. Составление простейших алгоритмов и запись их различными способами.

Цели:

образовательные – формировать алгоритмическую культуру студентов, умения в построении схем линейных и разветвляющихся алгоритмов;
развивающие – продолжить развитие логического мышления, индуктивных и дедуктивных приёмов рассуждений, памяти, внимания;
воспитательные – воспитывать дисциплинированность, аккуратность, самостоятельность, культуру речи.

Тип занятия: закрепление знаний и формирование умений.

План занятия:

1. Организационный момент.
2. Анализ выполнения теста предыдущего занятия.
3. Проверка знаний.
3.1. Решение домашней задачи (алгоритм “Телефон”).
3.2. Кроссворд.
4. Решение задач по теме занятия.
5. Домашнее задание.
6. Подведение итогов.
7. Самостоятельная работа.

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент.

Мотивация: Сегодня необходимо научиться записывать линейные и разветвляющиеся алгоритмы графическим способом, т.к. от наглядного изображения алгоритмов проще перейти к их переводу на язык программирования (написанию программы, исполняемой компьютером).

2. Анализ теста: прокомментировать работу отдельных студентов, разобрать типичные ошибки.

3. Проверка знаний.

3.1. Проверка домашнего задания (до начала занятия один из студентов изобразит полученный алгоритм “Телефон” на доске): рассмотреть основные моменты предыдущего материала – типы алгоритма, основные (базовые) структуры.

Рисунок 10.

3.2. Кроссворд (с последующим обсуждением вопросов): отводится 12 минут <Приложение 3>.

Примечание. Студентам, которые завершат работу ранее отведенного времени, дать дополнительное задание: “Шахматы” и “Анаграмма” <Приложение 4>.

После выполнения задания рассмотреть наиболее трудные вопросы и дать правильные ответы.

Учитель. Наибольшую трудность вызвали вопросы 7, 10, 13 и 14, разбираем правильные ответы на эти вопросы.

4. Решение задач по теме урока (текст задач на каждом столе) <Приложение 5>.

4.1. Обязательные задачи.

4.1.1. Задача “Горшок масла”. Хозяйка в продолжении поста накопила 2 горшка масла: один в 8 фунтов, другой в 3 фунта. Третий горшок – в 5 фунтов – остался у неё пустым. Перед праздником хозяйке понадобилось одолжить 6 фунтов масла соседке. Как она это сделала, если меркой могли служить только те же 3 горшка. Написать словесный алгоритм решения задачи.

Решение. Вариант 1.

Переложить содержимое 3-фунтового горшка в 5 футовый: 3ф —> 5ф;
Дополнить из 8-фунтового в 5-фунтовый: 8ф —> 5ф;
Отдать соседке масло в 8-фунтовом горшке.

Вариант 2.

Отложить масло из 8-фунтового в 5-фунтовый: 8ф —> 5ф;
Дополнить 8-фунтовый горшок из 3-футового: 3ф —> 8ф;
Отдать соседке масло в 8-фунтовом горшке.

4.1.2. Задача “Зарплата”. Рабочий за один день зарабатывает А рублей, а в месяце у него В рабочих дней. Составьте алгоритм вычисления зарплаты Z рабочего с учётом отчислений (подоходный налог - 13%, пенсионный фонд – 2%, профсоюзный фонд – 1%). Вывести формулы и изобразить алгоритм в виде схемы.

(К доске вызывается студент)

Решение. Начнем со словесно-формульной записи.

Исходные данные: А, В.

Результат: Z.

Формулы: А*В – всего заработано,

А*В*(13+2+1) – отчислено,

Z= А*В- А*В*(13+2+1).

Ученик изображает схему на доске и объясняет, какой это тип алгоритма.

Рисунок 11.

4.1.3. Задача “Переход улицы”. Составьте и запишите в виде схемы алгоритм перехода улицы на перекрёстке, который регулируется светофором.

Студенты работают на местах, затем проверка на доске. Обратить внимание на то, что нет блоков ввода и вывода.

Решение.

Рисунок 12.

4.1.4. Задача “Значение функции”. Составить блок-схему вычисления значений функции

Решение – разбираем подробно.

Ещё раз обратить внимание: условие – всегда логическое выражение. Сколько значений истинности оно может иметь? (Два значения истинности: истина - 1 (да) или ложь - 0 (нет).)

Рисунок 13.

Исполнить при: 1) (ответ: 1); 2) (ответ: -2); 3) (ответ: 0).

4.1.5. Задача “Ведро воды”. Вы приехали на дачу. Родители не отпустят Вас на реку, пока Вы не наберёте полную бочку воды из выкопанного рядом с ней колодца. Составьте и изобразите схему алгоритма наполнения бочки при помощи одного ведра.

Обратить внимание: в цикле с предусловием вход в цикл организуется по ответу “да” на вопрос, поэтому как лучше сформулировать условие?

Рисунок 14.

4.2. Дополнительные задачи – для хорошо работающих студентов <Приложение 5>.

4.2.1. Задача “Лакмусовая бумажка”. Составьте на языке блок-схем алгоритм, определяющий по цвету лакмусовой бумажки, является ли раствор кислотным, щелочным или нейтральным.