Компьютерные игры интересны, некоторые из них полезны, развивают, обучают и тренируют. Но так называемая деловая игра, где нужно моделировать обстановку делового партнерства, конкуренции и сотрудничества, оказывается более привлекательной даже при патетическом (воображаемом) использовании компьютера.
Игра “Коммивояжер”
Дети всегда готовы играть и с нетерпением ждут объявления правил игры. Предлагаю им образовать фирмы, разбившись на группы по 3—4 человека. Все фирмы получают одно и тоже задание на программирование. Даже если учащиеся научились только составлять алгоритмы и записывать их на алгоритмическом языке, играть уже можно.
Начиная игру, каждая фирма сама выбирает того, кто у нее будет Президентом, кто Программистом-аналитиком (главным мыслителем), кто Дизайнером-оформителем. Четвертое лицо, Коммивояжера, я прошу разрешить выбрать мне, так как стараюсь означить самого слабого по предмету.
Решив задачу, т. е. написав программу, фирма оформляет свой программный продукт на обычном тетрадном листе: записывает программу, снабжает ее инструкцией, рекламой, рисует фирменные знаки и т. п.
Затем каждая фирма должна подготовить своего коммивояжера для поездки в другую фирму с целью продажи программы.
Задача фирмы объяснить ему суть программы, подготовить его, чтобы никакие неожиданные, каверзные вопросы конкурирующей фирмы не застали врасплох. От хорошей работы коммивояжера на заключительном этапе зависит успех фирмы.
И вот игра началась.
Совсем не праздное дело — распределить роли. Тихая деловая пауза переходит в следующую волну обсуждений и споров о названии фирмы, ее эмблеме, потом опять рабочая тишина.
Группы располагаются так, чтобы не мешать друг другу и до поры не разглашать своих “секретных” замыслов. Разделение ролей весьма условно — все в той или иной мере участвуют в программировании, все активно обсуждают, вносят предложения.
Когда все фирмы будут готовы для обмена коммивояжерами, принимающая фирма тщательно проверяет программу, задает вопросы по существу: почему сделано так, а не иначе, просит разъяснить некоторые места программы. Здесь коммивояжеру придется выдерживать экзамен и постоять за честь своей фирмы.
На заключительном этапе фирмы играют в куплю-продажу.
Покупающая фирма составляет рецензию, предлагая форму расчета и денежные единицы. Нам едва хватает сдвоенного урока. Ребята расходятся, предлагая для следующей игры свои варианты правил.
На память у учителя остаются тетрадные листочки с текстами программ, разрисованные символикой и красочными названиями фирм.
Вот фирма “Москва-сортировочная” представляет программу сортировки методом “пузырька”.
Ее конкуренты из фирмы “Одуванчик”, или “Dandelion” (это совместное российско-американское предприятие) в рекламе своей программы сортировки предлагают использовать ее и в банковских операциях, при построении солдат по росту.
Пожалуй, превзошла всех фирма “Abak computer company”, предлагая “Новый программный продукт сортировки для зоопарков”. Они пишут; “Продукция фирмы “Абак” хорошо зарекомендовала себя на мировом рынке. И теперь лучшие программисты нашей фирмы предлагают вам высокоэффективную, быстродействующую программу сортировки диких обезьян!..”
Рецензии отражают характеры их авторов, полны юмора и фантазии. Фирма “Москва-сортировочная” получила суровый приговор: “Ваша программа содержит три ошибки. Кроме того, она узкоспециализирована”.
В другой рецензии ощущается экономическое положение страны — процветает бартер и натуральный обмен: “Цена программы - три машины картошки, две машины свеклы, 184 батона белого хлеба, 241 буханка черного хлеба, две красивые девушки и пять красивых юношей”.
Учитель может одновременно быть заказчиком программы и ее покупателем.
Условные деньги накапливаются в условном банке, фирмы вольны либо потратить их на отметку в журнал для какого-либо члена фирмы (они сами решают, для кого), либо купить у конкурирующей фирмы необходимый ей программный модуль. Компьютер используется для отладки написанных программ.
Предела варьирования и совершенствования правил игры нет. Важно то, что на уроках информатики такие деловые игры, преследующие обучающие цели, результат учебного труда воплощают в социально значимый продукт, проигрываются профессиональные амплуа, где компьютеру отводится место помощника.
У каждого учителя вместе с опытом работы накапливаются в его арсенале подобные игровые организационные формы обучения, позволяющие эмоционально раскрасить урок. Не секрет, что игровые формы там, где это возможно, предпочтительней.
Поэтому, когда творчество учителя приводит к находке какой-либо новой игровой формы — этот опыт заслуживает внимания.
Игра “Найди ошибку”
Работу на закрепление знаний, например, можно организовать так. Текст программы, написанный учителем на доске, ребята переписывают на отдельный тетрадный листок.
Учитель просит их сделать умышленно в этом тексте ошибки и хорошо их завуалировать, не подписывая работу. Необходимо только подсчитать и записать на том же листочке общее количество сделанных в ней ошибок. Затем программа с доски стирается. А все листочки с ошибочными программами-заготовками собираются в один пакет. После тщательного перемешивания (как подобает в настоящей лотерее) каждый ученик вытаскивает один листок. Работа по распознаванию ошибок увлекает всех. Бывает весьма курьезная ситуация, когда найденных ошибок оказывается больше, чем было объявлено автором программы-заготовки.
Игра “Робот в лабиринте”
Эту игру можно использовать, делая первые шаги в алгоритмизации.
В ее основе лежит задача, известная многим: необходимо провести по любому лабиринту без кольцевых коридоров робота, который умеет выполнять только несколько действий: шаг вперед, поворот вправо на 90°, поворот влево на 90°. Узнать, есть ли стена впереди на расстоянии шага, вышел ли робот из лабиринта.
Для того, чтобы представить какой-либо из простейших лабиринтов этой задачи, можно воспользоваться картинкой.
Решением данной задачи должен стать алгоритм прохождения робота по лабиринту.
Дети еще не знают, что такое алгоритм, блок-схема алгоритма. Не знают и хитростей обхода лабиринта: нужно идти, держась все время за одну стену (или правую, или левую).
Для записи придуманного алгоритма учитель показывает ученикам четыре основных элемента для построения блок-схем.
Итак, для игры у нас есть: задача, средства записи ее решения и, конечно, желание играть.
Нет пока еще правил игры. Но они станут понятны по ходу рассказа.
Сначала учитель предлагает детям для решения задачу, объясняя, как можно записать инструкцию для робота, как для проверки исполнить ее воображаемым роботом.
Когда готово решение, учитель предлагает одному из учеников нарисовать блок-схему алгоритма на доске.
В классе несколько оппонентов из числа претендентов на право первым показать свой алгоритм. Когда на доске готовы и лабиринт, и блок-схема алгоритма, начинается действие игры. Дети внимательно следят за тем, как автор будет отдавать роботу команды, показывая указкой, какую из них он читает на блок-схеме.
Оппонента мы вооружаем чем-нибудь, напоминающим робота, и просим, поставив робота в начало лабиринта, четко выполнять те команды, которые будут поступать от автора алгоритма.
Ребята, как нейтральные арбитры, тут же исправляют ошибки или сбои оппонента, если он повернул робота не в ту сторону, перешел к команде не по стрелке следования в блок-схеме. Идет “защита проекта”.
Заканчивается она либо поражением автора, когда, к радости всех “противников”, по его команде робот разбивается о стену или “топчется на месте”, выполняя повторяющиеся действия, либо алгоритм приводит к “победе” — и робот благополучно выходит из лабиринта. Начинаем следующий раунд “защиты” проекта нового автора и оппонента.
В ходе игры дети хорошо усваивают основные моменты, связанные с понятием алгоритма. Они различают, что такое исполнитель алгоритма, действия исполнителя. Они начинают понимать даже основные алгоритмические конструкции: альтернативы, повторения, линейные последовательности. Учитель при удобной ситуации, возникающей во время игры, старается заострить их внимание на тех или иных понятиях, объектах. Заметим, что новые знания, полученные в игре, грамотно акцентированные и обобщенные, дети усваивают лучше, глубже, уже готовыми к актуализации.
Игра “Автомат "Ленивые вареники"”
Игра в разработку и защиту проекта автомата по производству ленивых вареников очень похожа на предыдущую. Ленивые вареники — это тесто с творогом в однородной массе, раскатанное колбаской и разрезанное затем на небольшие доли, напоминающие пельмени, сваренное в подсоленной воде и поданное со сметаной. Для этой кулинарной технологии (она проста для понимания операций и их последовательности) дети легко придумывают воображаемые устройства.
Это не важно, что проекты этих устройств далеки от уровня, необходимого для выполнения их в металле, нет стройных чертежей и необходимых расчетов. Важно, что дети продумывают возможность автоматизации вполне осуществимого процесса, составляют алгоритм технологии реального производства. Такая задача позволяет расширить представление о природе понятия алгоритма, об исполнителе алгоритма и его возможностях.
Эта игра увлекает своей областью творчества — конструированием. Включаются пространственное воображение, весь житейский опыт, знания и представления из физики, математики, черчения. Установку проектируем для школьной столовой — это интересно всем. Производим подсчет производительности такого автомата и отвечаем на вопрос: как организовать подачу готовой продукции в горячем виде в короткий промежуток времени, ограниченный школьной переменой? Сколько понадобится одновременно таких установок?
Работа по конструированию, начатая в классе, иногда продолжается и дома. Дети, охваченные одной идеей или замыслом, группируются в конструкторские бюро. Внутри одного бюро появляется разделение труда по разработке проектов отдельных частей агрегата. Как правило, в таком временно собравшемся коллективе появляется лидер.
После домашней доработки и состыковки отдельных проектов в один начинается защита, которая представляет собой интересное зрелище, где оппонентами уже являются группы, желающие доказать, что их проект лучше.
Ролевые игры — неотъемлемая часть нашей жизни. Игровые формы обучения — это учебный труд, освещенный радостью перевоплощения, перехода в мир, создаваемый творчеством.
Игра “СуперЭВМ рассчитывает температуру”
Все больший интерес вызывают у учителей моделирование и нестандартные формы изучения информатики. Хочу предложить рассмотреть более подробно эту игру.
Разработанный урок в форме ролевой игры.
Цели урока: познакомить учащихся с принципами работы многопроцессорной ЭВМ с параллельно или конвейерно работающими процессорами; познакомить с постановкой и решением соответствующего класса прикладных задач для таких ЭВМ; наладить коллективные формы работы класса.
Содержание: решение задачи о распределении температуры в стене (упрощенной “вдвое” по сравнению с задачей о пластине.
Методика обучения: постановка задачи и объяснение ученикам их ролевых функций; выполнение учащимися роли взаимодействующих процессоров; представление процесса решения в форме графиков на доске; осознание учащимися через рефлексию своей деятельности способа решения всей задачи на суперЭВМ. Вычислительная техника в игре не используется.
Постановка задачи. Рассмотрим стену дома (наружную). Пусть внутри помещения температура равна 20°С, снаружи — 0°С. Как распределена температура по толщине стены?
Мысленно разобьем стену на несколько слоев, например, на 4. (Если больше, то процесс вычислений затянется). Обозначим температуры в середине каждого слоя через Т1, Т2, Тз, Т4. По закону сохранения энергии имеем:
к * (Тлев - Т) - к * (Т - Тправ) = 0,
где Т — температура в середине некоторого слоя,
Тлев и Тправ — значения температуры в соседних слоях,
к — коэффициент теплопроводности (далее не понадобится).
Для крайних слоев соседними значениями являются Тнаруж=0 Твнутр=0. Отсюда имеем систему уравнений:
Т1 =(0+Т2)/2, Т2=(Т1 +Т3)/2,
Т3 = (Т3 + Т4) / 2, Т4 = (Т3 + 20) / 2
с неизвестными Т1, Т2, Т3, Т4.
Полученную систему будем решать на “суперЭВМ с четырьмя процессорами”. Для этого разобьем учащихся на группы по 4 человека, лучше всего — сидящих в ряд (для геометрического подобия расположения слоев). Каждая группа и есть суперЭВМ с 4 процессорами — учащимися. Зададим для каждой группы какое-нибудь начальное значение всех неизвестных Т, например: 0,10, 20, 30 (в каждой группе свое).
Задача каждого учащегося — спрашивать у соседей значения их температуры и перевычислять свое среднее, можно вручную с точностью до десятых (здесь важен принцип, а не точность вычислений). Крайние “процессоры” имеют одним из соседних значений 0 и 20 соответственно. Каждый процессор ведет табличку вида:
Тлев |
Тмое |
Тправ |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
10 |
2.5 |
6.2 |
10 |
Пусть, например, начальное значение всех неизвестных температур — ноль. Тогда сводная таблица результатов всех 4 процессоров выглядит так:
Т нар. Т1 Т2 Т3 Т4 Т внутр.
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
20 |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
2.5 |
|
|
|
|
1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12.5 |
|
|
|
|
7.5 |
|
|
|
|
4.3 |
|
|
|
|
2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
13.2 |
|
Процесс прекращается, когда значения Тj , округленные до десятых, перестанут изменяться. Далее на доске графически изображается процесс последовательных усреднений.
На Рис. 1 две крайние дополнительные точки находятся вне стены и остаются неподвижными. Ординаты остальных четырех точек, относящихся к серединам слоев — Т1, Т2, Т3 и Т4, меняются в результате серии усреднений. Легко видеть, что точное решение есть T1=4, T2=8, Тз=12, Т4=16 и соответствует прямой, соединяющей дополнительные точки. До выполнения итераций “процессорам” лучше этого не знать, но они сами могут прийти к этому ответу, следя за последовательностью своих значений. Очевидно, что последовательность точек излома стремится к прямой — точному решению.
Можно предложить учащимся самостоятельно построить ломаные, изображающие приближения, для случая других начальных значений, например, для своего варианта.
Обобщающие вопросы:
1. На основании какого общего закона физики выведены уравнения для температур слоев? (Закон сохранения энергии.)
2. Зависит ли результат от начальных значений? (Нет.)
3. Зависит ли результат от порядка работы процессоров? (Нет.)
4. Изменится ли результат, если один из процессоров один раз ошибся? (Нет, можно принять это распределение за начальное.)
5. Можно ли соседу забрать у процессора его старое значение в то время, когда он вычисляет новое? (Можно.)
6. Каким будет решение, если температура снаружи тоже 20°С ? (Температура в стене будет постоянна и равна 20°С.)
7. Как решать эту задачу на обычной ЭВМ с одним процессором? (Последовательно обходить и усреднять значения.)
8. Каким будет алгоритм одной итерации?
(НЦ для I от 1 до 4
T[i]:=(T[i-l] +T[i+ 1]) /2
КЦ)
(Эта информация только для учителя — итерационный метод Зейделя описан в учебниках по численным методам.)
Заметим: процесс усреднений напоминает реальный процесс прогрева начально холодной стены (в доме затопили печь).
Теперь учитель может рассказать о том, что реальные конструкции — доменные печи, реакторы, двигатели рассчитываются подобным же образом, только разбиение идет не на слои, а на кубики, и число их (и неизвестных T[i]) может достигать десятков тысяч. Ведутся работы по созданию ЭВМ, в которой будет 65536 процессоров.
Эта простая, хотя и несколько непривычная задача заслуживает того, чтобы ее рассмотреть в темах “Применение ЭВМ”, “Информационные модели”, “Устройство ЭВМ” или просто для “спасения” урока в компьютерном классе, если пропало напряжение в сети.