Обучающие компьютерные программы реализуют одно из наиболее перспективных применений новых информационных технологий в преподавании и изучении любого предмета. Они позволяют иллюстрировать важнейшие понятия курса на уровне, обеспечивающем качественные преимущества по сравнению с традиционными методами изучения. В их основе заложено существенное повышение наглядности, активизации познавательной деятельности ученика, сочетания механизмов вербально-логического и образного мышления. Традиционные требования к учебным знаниям (запомнить, уметь воспроизвести) постепенно трансформируются в требования к базовым информационным умениям типа поиска знаний (уметь найти и применить при решении определённого класса задач).
Применять компьютерные программы можно на любом этапе учебной деятельности: при изучении нового материала, закреплении, на обобщающих уроках и при повторении. Задача учителя – правильно организовать эту работу. Внедрение ЭВТ в учебный процесс влияет как на традиционные методы ведения урока, так и на методы изложения материала. Программные педагогические средства используются для отработки механических навыков, формирования практических умений, в качестве справочных учебных систем, демонстрационных, развивающих, образовательных игр, для проверки гипотез, моделирования и как средство обучения и контроля. Остановлюсь на одном из моментов – объяснении нового материала. Для этого используются компьютерные (электронные) учебники, обучающие программы, в обязательном порядке содержащие блоки тренинга, контроля, которые предпочитаю создавать вместе с суворовцами в процессе работы над научно-исследовательскими проектами. Привлечение ученика к организации учебного процесса, к оценочной деятельности - один из приемов социальной мотивации. Технология и форма выполнения обучающих программ выбирается учащимися (программа на языке программирования, презентация, электронный учебник). Такая работа доставляет радость профессионального труда, так как она используется учителем на уроке при объяснении нового материала, при повторении и тренинге, на дополнительных занятиях с теми, кто пропустил тему, при контроле и самоконтроле, при подготовке к экзаменам. Она также помогает лучше изучить язык программирования, новые информационные технологии обработки графической, текстовой, числовой информации. Сами работы защищаются во время выпускного экзамена. Выполняемая работа формирует культуру учения, позволяя суворовцу освоить такие виды деятельности, как: организаторская деятельность, самоорганизующая, проектная, мыслительная, информационно-коммуникативная, познавательная, оценочная и самооценка.
В связи со спецификой учреждения (суворовское военное училище) на изучение основ языка программирования отводится 34 часа, т.е. 1 час в неделю. Поэтому оптимизация работы на уроке выходит на одно из первых мест и может быть реализована при помощи смены форм работы учащихся, повышения наглядности, использования на уроках ППС, неотрывной связи теории с практикой в процессе получения знаний и отработки умений.
Рассмотрим применение обучающих программ на примере одного из уроков темы “Массивы” (в программе отводится 6 часов на изучение) - Сортировка элементов одномерного массива.
Цели урока: ввод новых понятий, формирование умений решать задачи на сортировку элементов массива, отработка умений самостоятельно получать учебную информацию при работе с обучающей программой, закрепление умений решать практические задачи на выборку элементов одномерного массива, отработка умений ввода и отладки программ на ЭВМ, самоконтроль.
Формы работы: Беседа, блиц-опрос (по кодограммам), работа с обучающей программой, самостоятельная индивидуальная работа на ЭВМ по вводу и отладке программы сортировки.
ТСО, дидактика: Класс IBM PC, проектор “Лектор-2000”, демонстрационная модель памяти ЭВМ (пластик с карманами, карточки со значениями элементов), QBASIC, обучающая программа по теме “Массивы”, карточка-задание на урок, кодограммы с заданиями разминки и поэтапной сортировки массива.
На этапе подготовки к усвоению нового материала проводится разминка по кодограммам с целью повторения способов описания, ввода и формирования элементов массива.
В 1 и 2 задании требуется ответить на вопросы: какой длины задан массив и какими числами он будет заполнен, а в 3-ем задании - что напечатает программа.
| Задание | Ответ |
|
| 1 | N=20 DIM A(N-10) FOR K=2 TO 10 STEP 2 A(K)=K A(K-1)=K+1 NEXT K |
10 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10 |
| 2 | READ N DIM A(N) FOR I=1 TO N STEP 2 READ A (I) A(I+1)=A(I)+1 NEXT I DATA 10,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20 |
10 2, 3, 4, 5. 6. 7, 8, 9, 10, 11 |
| 3 | B=2 FOR I=1 TO 5 B=B*I NEXT I PRINT “I =” I, “В=” B |
I=1 B=2 I=2 B=4 I=3 B=12 I=4 B=48 I=5 B=240 |
Изучение нового материала проводится в несколько этапов.
1 этап. Задаем порядок работы при помощи карточки-задания на урок.
1. Разбор условий типовых задач, где необходима сортировка, т.е. упорядочивание по возрастанию или убыванию.
2. Разбор алгоритма сортировки массива, состоящего из 2-х этапов.
- Выборка (выбор min-го элемента)
- Перестановка
3. Рассмотрение 2-х способов выполнения перестановки.
- Используя дополнительные ячейки памяти
- Не используя дополнительных ячеек
4. Разбор описания алгоритма сортировки с помощью блок-схемы.
5. Самостоятельная работа с обучающей программой по теме “Массивы”, режим “Сортировка одномерного массива”.
- Записать словесный алгоритм “сортировки”
- Разобрать и записать программу “сортировки”
6. Самостоятельная работа на ЭВМ в среде Qbasic 4.5.
- Набрать, отладить и выполнить программу сортировки по возрастанию
- Изменить программу, чтобы сортировка проводилась по убыванию
- Написать программу для следующей задачи: Дан массив A(N). Подсчитайте:
- Наибольшее число одинаковых подряд идущих элементов
- Количество различных чисел, встречающихся в массиве целых чисел A(N). Повторяющиеся числа учитываете 1 раз
- Заменить на нули все повторяющиеся элементы (делать это после сортировки)
- Проверьте, есть ли в массиве A(N) элементы, равные 0. Если есть, найдите номер первого из них, т.е. наименьшее I, при котором A(I)=0.
2 этап: Разбор нового материала с помощью демонстрационной модели памяти ЭВМ. В процессе беседы разбираются на конкретной задаче “Протокол соревнований по лыжам” механизм сортировки и приемы ее реализации.
Часто в жизненных ситуациях перед нами встает задача упорядочить представленную нам информацию по возрастанию или убыванию. Этот процесс называется сортировкой.
Разберем алгоритм сортировки на конкретной задаче:
Результаты соревнований по лыжам представлены в виде протокола, где указаны стартовые номера участников и их результаты. Нужно представить этот список таким образом, чтобы на первом месте стоял участник, имеющий лучший результат, т.е. меньшее время и т.д.
Постановку задачи суворовцы выполняют
самостоятельно (один у доски), одновременно вводя
обозначения данных. Обратить особое внимание на
последовательность действий:
Зарезервируем N ячеек памяти под массив
результатов R(N).
Это представление массива в памяти ЭВМ
| Порядковый номер элемента I | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | N | M | L | |
| Значение элемента массива (окошечки, в них вставляются карточки со значениями) |
10 | 5 | 7 | 2 | 4 | 11 | … | 8 |
Сортировка состоит из двух частей:
- Выборка (выбор минимального или максимального элемента массива);
- Перестановка (меняем местами найденный элемент и первый элемент таблицы).
Рассмотрим первый этап сортировки – выборка.
Цель его - нахождение min-ого элемента массива.
* Этот материал уже знаком ученикам по предыдущему уроку, поэтому его объясняет ученик на модели:
Наши действия:
- За минимальный примем первый элемент из рассматриваемых – его значение поместим в ячейку М, а его порядковый номер в массиве – в L.
- Будем слева направо перебирать все элементы массива результатов с 1-го до N-го, поочередно сравнивая их с содержимым ячейки М и, если встречается элемент, значение которого меньше, чем в М, то теперь он станет минимальным, т.е. изменятся значения ячеек М и L.
* При данном приеме наглядно видно, как многократно изменяются в процессе анализа значения ячеек M и L
Переходим ко второму этапу сортировки – перестановке.
* С помощью учителя на модели рассмотрим один из способов перестановки (второй ученики рассмотрят самостоятельно).
Цель этапа - поменять в массиве результатов местами значение первого элемента слева из рассматриваемых с минимальным, значение которого хранится в ячейке М, а порядковый номер в L.
Действия:
- Значение первого элемента из рассматриваемых поставим на место минимального, т.к. мы знаем его порядковый номер в массиве (он хранится в ячейке L).
- значение минимального элемента мы берем из ячейки М и заносим в первую ячейку массива слева из рассматриваемых.
Теперь мы снова можем повторить выборку и перестановку, но только необходимо обрезать слева последовательность рассматриваемых элементов, отбросив из рассмотрения минимальный элемент, который стоит теперь крайним слева.
Последовательность уменьшилась на 1 элемент и теперь рассматривать будем со 2-го до N-го элемента. Счетчик I отвечает за обрезание последовательности.
Целесообразно при объяснении использовать кодограммы, которые наглядно показывают процесс изменения количества рассматриваемых элементов и содержимого ячеек памяти на каждом шаге сортировки.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | N | M | L | ||
| 10 | 5 | 7 | 2 | 4 | 11 | … | 8 | |||
| 2 | 5 | 7 | 10 | 4 | 11 | 8 | 2 | 4 | ||
| 2 | 4 | 7 | 10 | 5 | 11 | 8 | 4 | 5 | ||
| 2 | 4 | 5 | 10 | 7 | 11 | 8 | 5 | 5 | ||
| 2 | 4 | 5 | 7 | 10 | 11 | 8 | 7 | 5 | ||
| 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 11 | 10 | 8 | N | ||
| 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | 10 | N |
3 этап: Работа с обучающей программой.
Цель: Осознание и закрепление нового материала, составление конспекта.
Обучающая программа написана на языке программирования QBASIC. В данном случае написание обучающей программы на том же языке программирования, что и изучаем, выполнено как один из приемов мотивации учения. (Текст программы в приложении). Управление производится с помощью МЕНЮ. Используется в качестве программной поддержки всех уроков по теме “Массивы”.
Содержание программы (по МЕНЮ):
- Введение.
- Определение массива. Имя. Индекс.
- Описание массива. Размещение в памяти.
- Обращение к элементу массива.
- Способы ввода элементов одномерного массива.
- Анализ элементов одномерного массива.
- Нахождение MIN и MAX элементов массива.
- Сортировка элементов одномерного массива.
- Ввод и анализ элементов двумерного массива.
- Контроль.
- Выход.
Действия ученика:
- Загрузить обучающую программу.
- Из МЕНЮ выбрать пункт “Сортировка элементов одномерного массива”.
При работе с обучающей программой ученик не только по разобранному алгоритму пишет программу, но и применяет полученные знания в новой ситуации, где необходимо обработать уже 2 массива – массив результатов и массив стартовых номеров.
Необходимо напомнить - выборка производится в массиве результатов, а вот перестановка – в обоих массивах.
Конспект учащегося должен содержать следующий материал: действия по алгоритму и команды языка QBASIC, им соответствующие. Удобнее это выполнять виде таблицы.
| Действия | Программа | |
| 1 | Вводим массив стартовых номеров и результатов, где I – порядковый номер элемента в любом массиве | INPUT N DIM R(N) FOR I=1 TO N PRINT “УЧАСТНИК”; I INPUT “введи стартовый номер”; C(I) INPUT “введи результат”;R(I) NEXT I |
Теперь, когда в память ЭВМ
занесена информация, можно начинать ее анализ
(сортировку):
Действия, проведенные в пункте (а), называются выборкой, (b) – перестановкой, (c) – отвечают за “обрезание” последовательности. Повторив эти действия N раз, мы получим упорядоченный массив результатов, где на первом месте будет стоять минимальный, а на последнем – максимальный элемент. Теперь реализуем этот алгоритм по действиям. |
||
| 2 | Введем три дополнительные ячейки памяти для
хранения: М – текущего значения минимального
элемента, L – порядкового номера минимального
элемента, Р – стартовый номер элемента с
минимальным результатом. Т.к. последовательность и ее длина будут изменяться, а за минимальный элемент мы каждый раз принимаем первый слева из рассматриваемых в этой последовательности, и это сначала будет 1-ый, затем 2-ой, N-ный, т.е. порядковый номер I будет меняться от 1 до N c шагом 1. |
FOR I=1 TO N M=R(I) L=I P=C(I) |
| 3 | Цикл по К осуществляет выбор минимального элемента в последовательности. Обратите внимание на то, что количество просматриваемых элементов уменьшается и зависит от счетчика L. Сравниваем значение ячейки М с каждым элементом последовательности. Причем, если значение рассматриваемого элемента будет меньше содержимого ячейки М, то его значение и будет занесено в ячейку М. Изменится и содержимое ячейки L, где хранится порядковый номер минимального элемента. Стартовый номер этого участника будет сохранен в ячейке Р. Цикл будет выполняться до тех пор, пока сравнение не пройдет каждый элемент последовательности. | FOR K=I TO N IF R(I)<M THEN M=R(K): L=K: P=C(K) NEXT K |
| 4 | На предыдущих этапах (еще раз обратите
внимание на них) мы нашли наименьший элемент
последовательности и его порядковый номер, а
наша задача поставить его первым элементом и
отбросить все рассмотренные. Сделаем перестановку:
Таким же образом происходит перестановка в массиве стартовых номеров. |
R(L)=R(I) R(I)=M С(L)=C(I) C(I)=P |
| 5 | Теперь, когда минимальный элемент стоит первым слева, отбрасываем его из рассмотрения, т.е. обрежем последовательность на 1 элемент и повторим все действия вновь, пока все элементы не упорядочатся. | NEXT I |
| 6 | Распечатать отсортированный массив. | FOR I=1 TO N PRINT “место”; I, “у участника под номером”; С(I), “его результат”; R(I) NEXT I |
На этапе закрепления изученного материала суворовцы вводят в ЭВМ и отлаживают разобранную задачу.
Дополнительно некоторым учащимся можно предложить:
- проверить свои знания по теме, выбрав из обучающей программы пункт “Контроль” (самоконтроль);
- изменить набранную программу, чтобы сортировка проводилась по убыванию;
- написать программу для следующей задачи: Дан массив A(N). Проверьте, есть ли в массиве A(N) элементы, равные 0. Если есть, найдите номер первого из них, т.е. наименьшее I, при котором A(I)=0.
На самостоятельную подготовку предлагается следующая задача: Даны результаты учебных стрельб взвода. Расположите элементы массива по убыванию. Необходимо: написать программу и быть готовым ввести в ЭВМ, отладить (исправить синтаксические и логические ошибки), проверить с контрольными цифрами и распечатать промежуточные и окончательные результаты, объяснить и продемонстрировать работу программы.
Предложенный подход к построению занятий позволяет формировать познавательные интересы посредством показа практического применения знаний в связи с жизненными задачами, а чередованием форм и методов обучения, обучение с компьютерной поддержкой, тестирование знаний, умений с целью самооценки позволяют активизировать учебный процесс. Использование же программ суворовцев на уроке позволяет не только проводить долгосрочную мотивацию, самоопределение, но и поверить остальным в свои силы.
Текст обучающей прогаммы - см. Приложение.