Личный кабинет

Обучение решения задач по программированию


Специфика учебных задач по программированию — это взаимосвязь технологии программирования со специальными дисциплинами одного, двух или целого комплекса дисциплин. Обусловлено это содержанием учебных задач, которое включает практическую и прикладную направленность программирования. Многие задачи исторически были решены средствами программирования. Часть задач решает политехническую направленность обучения. Исходя из выше изложенного, необходимым условием решения задач по программированию является: наличие у учащихся системы знаний, умений и навыков, приобретенных ими в процессе изучения специальных (предметных) дисциплин; знания общенаучных методов различных наук; умения переноса знаний сформированных на одном предмете в другой; комплексное использование фундаментальных знаний различных предметов. Назовем их общеучебными знаниями, умениями и навыками. Наличие у учащихся общеучебных знаний, умений и навыков не является достаточным условием успешного решения задач по программированию. Без знания, умения и навыков использования основных структур организации программ (алгоритмов), их комбинации нельзя решать задачи по программированию. В докладе рассматриваются вопросы обучения решению задач по программированию, методы решения задач, этапы решения задач, приводятся примеры обучения методу аналогии и обобщения, использования метода развития темы. Приводятся формы деятельности учащихся: учебное исследование, учебный проект, программирование электронных игр на уроках информатики. Отдельно рассматривается форма мотивации занимательность.

Специфика учебных задач по программированию — это взаимосвязь технологии программирования со специальными дисциплинами одного, двух или целого комплекса дисциплин. Обусловлено это содержанием учебных задач, которое включает практическую и прикладную направленность программирования. Многие задачи исторически были решены средствами программирования. Часть задач решает политехническую направленность обучения.

Исходя из выше изложенного, необходимым условием решения задач по программированию является: наличие у учащихся системы знаний, умений и навыков, приобретенных ими в процессе изучения специальных (предметных) дисциплин; знания общенаучных методов различных наук; умения переноса знаний сформированных на одном предмете в другой; комплексное использование фундаментальных знаний различных предметов. Назовем их общеучебными знаниями, умениями и навыками.

Наличие у учащихся общеучебных знаний, умений и навыков не является достаточным условием успешного решения задач по программированию. Без знания, умения и навыков использования основных структур организации программ (алгоритмов), их комбинации нельзя решать задачи по программированию. Необходимым условием является: развитое, у учащихся, алгоритмическое мышление; знания, умения и навыки технологии программирования. Только тесная взаимосвязь двух составляющих является необходимым и достаточным условием успешного обучения решению задач по программированию.

Говоря о методике обучению решения задач по программированию, выделим способы обучения:

•        Обучения  принципам   -   необходимые  отношения   заранее   сообщают учащемуся в виде общих принципов, правил или алгоритмов;

•        Обучения на примерах - существенные признаки обнаруживают самими учащиеся в ходе осмысления данных и оперируя ими.

•        Обучения способам мышления - учащегося обучают приемам и учат находить признаки, с помощью которых обнаруживаются необходимые отношения   данных. В  этом   случае   учащийся  сам   обнаруживает существенные отношения данных, если его вооружают необходимыми способами мыслительной деятельности.

Обучение принципам дает лучшие результаты усвоения понятий. Обучения на примерах несколько эффективнее для запоминания. Обучение способам помогает переносу умственных навыков, т. в. эффективно развивает мышление. Таким образом, обучение должно сочетать в себе все указанные способы, если ставит целью оптимально решать стоящие задами.

Обучение решению задач должно следовать методам научного познания. Методы индукции и дедукции занимают ключевое место в обучении решению задач, поэтому обучение методам индукции и дедукции является одним из факторов успешного решения задач.

Индукция - переход от частных случаев к общему выводу.

Полную индукцию можно представить следующей схемой:

•       А1, А2, ..., Ап, суть В;

•       А1, А2, ..., Ап составляют множество А

•       Следовательно, все элементы А суть В.

В качестве подсобного приема в процессе индуктивного решения большую роль играет аналогия: переход от одного частного случая к другому делается на основании подмечаемого их сходства (аналогии). Заключение по аналогии можно представить следующей схемой:

•       А обладает признаками с1, с2, ..,, сп,

•       В обладает теми же признаками с1, с2, ..., сп.

•       А обладает признаком d. Вероятно, и В обладает признаком d.

Дедукция - это переход от общих положений к частным примерам и конкретным положениям. Отличительные черты дедукции:

•       с помощью дедукции устанавливается принадлежность свойств объекту или принадлежность объекта классу с большим объемом;

•       с ее помощью делается вывод из общего к подчиненному ему общему, или частному,

•       с помощью делаются достоверные выводы, если посылки верны и если умозаключения правильны.

На начальном этапе обучению решения задач по программированию очевидно преобладание индуктивного метода

Этапы обучению решения задач от частного к общему (индуктивный

метод)

1. Решение задач учителем (Составления алгоритма).

2. Ручное исполнение учителем алгоритма

3. Воспроизведение учащимися составления программы (алгоритма)
решения задачи и ручное исполнение программы

            4.Выполнение аналогичных упражнений.

3.  Модификация решения задач.

4.  Составление задач аналогичные данной, по методам решения.

5.           Составление задач аналогичные данной, по содержанию.

6.           Обобщение условия задачи.

7.  Обобщение решения задачи.

По мере накопления технологических знаний, умений и навыков (знание основных конструкций составления алгоритмов, умение составлять алгоритмы их исполнять), освоив основные принципы метода индукции, можно приступить к освоению метода дедукции.

Этапы обучению решения задач от общего к частному (дедуктивный

метод)

1.Решение общей задачи. Исполнение алгоритма

2. Составление задач на развитие данной темы для частных случаев. Решение составленных задач. Исполнение алгоритмов.

3. Поиск общей задачи для исходной задачи, и использование решения общей задачи (модификация решения) для решения исходной задачи.

 4. Исполнение алгоритма

Решение задач методами обобщения и аналогии

Под применение метода обобщения, следует понимать составление и решение задач, порожденных исходной задачей. Применение обобщения содержит следующие действия: замену части данных в исходной задаче другими данными без замены заключения задачи; при обобщении данных в или искомых, путем специализации данных или искомых; добавление новых заключений при сохранении данных и первоначальных заключений.

Слово аналогия в переводе с греческого языка означает соответствие, сходство. Применение аналогии - весьма эффективный эвристический инструмент познания. Применение аналогии предполагает следующие действия; построение различных заданных объектов и отношений, соответственных элементов в аналогичных предложениях; составление предложений или задач, аналогичных данным; проведение рассуждений по аналогии.

Реализацию   указанных,   выше  методов   можно    рассмотреть   на следующем примере. ( От часного к общему - индуктивный метод))

        Задача 1. На клетчатой бумаге нарисовали окружность целого радиуса К. с центром на пересечении линий. Найти К - количество клеток, целиком лежащих внутри этой окружности.

            Обобщим задачу. Решение задачи сводится к алгоритму вычисления площади криволинейной трапеции методом прямоугольников.

По аналогии можно решить следующую задачу.

          Задача 2. Трехмерное пространство разбито на кубики с ребром длиной 1. Сколько кубиков помещается в сфере радиуса К, центр которой находится в вершине одного из кубиков?

Развитие темы задачи

Обучение школьников решению задач обычно осуществляется при решении готовых задач. Между тем существенную роль играет их составление учащимися. Рассмотрим только один аспект составления задач: составление и решение задач, порожденных данной, или, иначе, задач, расшивающих тему данной задачи.

В методическом отношении развитие темы задачи ценно тем, что приучает учащихся к переконструированию задач, что является одним из основных приемов поиска решения задач. (От общего к частному -дедуктивный метод)

Приведем пример составления задач. В качестве, рассмотрим задачу о разложении натурального числа на натуральные слагаемые.

          Исходная задача. Разложение на слагаемые. Напечатать все представления натурального числа М суммой натуральных чисел. Перестановка слагаемых нового способа не дает. Подсчитать количество разложений.

Ниже приведены задачи развивающую данную тему.

Задача 1. Разложить натуральное число N на три натуральные слагаемые. Подсчитать количество разложений.

Задача 2. Разложить натуральное число N на три различные натуральные слагаемые. Перестановка слагаемых нового способа не дает. Подсчитать количество разложений.

Задача 3. Разложить натуральное число N на не более V натуральные слагаемые. Подсчитать количество разложений. Перестановка слагаемых новое разложение не дает.

Задача 4. Разложить натуральное число N на натуральные слагаемые не превосходящих М Подсчитать количество разложений. Перестановка слагаемых новое разложение не дает.

Задача 5. Разложить натуральное число N на К слагаемых, не превосходящих натуральное число М Перестановка слагаемых нового разложения не дает; Подсчитать количество разложений.

Приведем формы организации учебной деятельности учащихся, где на наш взгляд наиболее полно учащиеся могут реализовать, приведенные выше методы

Учебное исследование

Учебные пособия главным образом подчинены задаче формирования знаний умений и навыков и мало ориентированы на развитие творческих начал учащихся.

Учебное исследование — это не только познавательная деятельность учащихся под руководством учителя, но и метод обучения самой исследовательской деятельности. Приобщение к ней делает учебу производительным трудом, который состоит и в приобретении новых знаний, и в овладении новыми способами деятельности.

Проблема состоит в том, чтобы в процессе обучения смоделировать исследовательскую деятельность учащихся. В различных изданиях приводится немало интересного материала с хорошим творческим "потенциалом".

Приведем пример исследовательской деятельности учащихся связаный с проверкой некоторых Загадок" связанных с периодическими дробями.

Изучение исходного материала выдвигает решение следующих задач:

Определение периода дроби;

Определение длины периодических дробей;

Учебный проект

Учебный проект достаточно широко используется при изучении различных тем и курсов информационных технологий. Проектная форма (нелинейная технология обучения), несовместима с задачей последовательного (линейного) изложения материала, требующего пошагового овладения научными понятиями от простых к все более сложным, логически последовательным прохождением тем курса, чаще всего построенное в форме "лекция — практикум". Главной особенностью учебных проектов является проблема постановки учебных целей и задач по предметной области, которые позволяют преподавателю формировать путь их достижения, предложить необходимый инструментарий, методический материал, инструкции,  опыт.   Проектная деятельность учащихся  требует достаточно длительного  времени.   Поэтому целесообразно  использовать учебные  проекты в   самостоятельной   работе  по   информатике   как  в индивидуальной тек и в коллективной форме обучения. Основные этапы нелинейной технологии обучения:

1.  Постановка задачи.

2.  Обзор источников по предметной области (обзор литературы).

3.  Выбор и освоение инструментов познания.

4.  Планирование графика выполнения проекта.

5.  Выполнение работ по проекту.

6.          Анализ результатов, выводы по проекту.

7.  Систематизация и обобщение собственных знаний по данной предметной области.

. Программирование электронных игр на уроке информатика

Поиск средств активизации учебного процесса всегда был и остается актуальным. Одно из направлений такого поиска связано с разработкой и внедрением учебных игр. Наличие современных компьютеров делает возможным создание (как учителем, так и учащимися) и применение элементов игры в учебно-воспитательном процессе.

                Какие же электронные игры можно предложить? Это математические фокусы, игры-задачи, в основе которых лежат уравнения, системы уравнений, проектирование электронных версий уже существующих игр, решение игр головоломок.

         По характеру и целям электронные игры можно  разделить на несколько типов:

-    проводимые перед объяснением новой темы с целью заинтересовать, активизировать ребят, подготовить их к восприятию нового материала;

-     организуемые сразу же после объяснения нового материала для закрепления полученных знаний;

-     проводимые после изучения темы,  с целью обобщения, систематизации или контроля;

-     на факультативных занятиях с целью углубления знаний и овладения информационными технологиями;

-     в виде проектных заданий.

Для подготовки электронных игр наиболее подходящими являются среды визуального программирования: Delphi и VisualBasic.  Изучение интерфейсов не составит труда пользователю, имеющему элементарные навыки работы с Windows-приложениями. Также, для работы в необходимо хотя бы элементарное знание языка программирования Pascal и Basic. Интерфейсы сред состоит из среды проектирования,  системы программирования и общих управляющих команд среды, как и в любом Windows-приложении.

                Этапы подготовки электронных игр:

         1.  Выбор проекта. Анализ и составление алгоритма проекта.

         2. Проектирование формы.

         3. Создание формы проекта.

         4. Обработка событий (создание программы или написание кода).

         5. Проверка работоспособности программы и сохранение проекта в файле с расширением exe.

         Работа с учащимися, с уже готовым проектом, может включать следующие виды:

1.     Демонстрация (актуализация).

2.     Выделение входных и выходных данных.

3.     Установление связей между данными и ожидаемым результатом из условия игры (фокуса).

4.     Разгадка секрета фокуса или стратегии игры.

5.     Составление алгоритма.

6.     Составление блок-схемы.

7.     Выделение объектов и их свойства.

8.     Воссоздание формы проекта.

9.     Написание кода программы.

10.  Проверка работоспособности и сохранение проекта.

11.  Самостоятельная реализация учащимися аналогичного проекта.       

Занимательность – форма мотивации обучения

Особенную роль при обучению решения задач является подбор учебных задач. В подборе задач делается акцент на занимательность задач, ведь среди основных задач любого учителя - поддержка интереса школьников к изучаемому предмету и одним из способов достижения этого решение занимательных по содержанию и по форме задач. Педагогическая оправданная занимательность имеет целью привлечь внимание к заданиями, активизировать мыслительную деятельность учащихся, пробудить их к работе с литературой.

Приведем примеры задач реализующие индуктивный и дедуктивный методы обучения решению задач по программированию.

Самый незанимательный урок можно сделать для детей занимательным внешними средствами, не относящимися к содержанию урока; урок делается занимательным, как игра во внимание, как соперничество в памяти, в находчивости и т.п. С маленькими учениками это весьма полезные приемы; но этими внешними мерами нельзя ограничивать возбуждение внимания.

Внутренняя занимательность преподавания основана на том законе, что новое должно дополнять, развивать или противоречить старому, благодаря чему оно может войти в любую ассоциацию с тем, что уже известно. Чем старше становится ученик, тем более внутренняя занимательность должна вытеснять собой внешнюю.

         Занимательный – возбуждающий интерес, внимание. (Определение. Толковый словарь.)

Основоположник жанра занимательной науки, Я. П. Перельман в своих работах  пишет,  что руководствовался психологической аксиомой, что интерес к предмету повышает внимание, облегчает понимание, с способствует более сознательному и прочному усвоению. Элемент занимательности призван углубить  и оживить  уже имеющиеся у учащихся знания, научить сознательно распоряжаться ими и побудить к разностороннему их применению.

«Занимательная наука стремится к тому, чтобы привычная вещь, давно знакомое явление, утратившее в наших глазах интерес, показалось с новой, необычной, подчас неожиданной стороны. Новизна подстрекает интерес, а интерес помогает сосредоточить внимание и будит работу мысли» [ 1 ].

Как отмечает, Я. П. Перельман, занимательная наука не берется популяризировать все на свете, всю науку в полном ее объеме. Она обслуживает ограниченный, но весьма ответственный участок – элементарные основания наук, которые далеко не всегда усваиваются как следует в школе. Занимательная наука начинается с пополнения пробелов школьной подготовки.

Цель занимательной науки, по словам Я. И. Перельмана, преодоление косности рутинности мышления и побуждение  работы мысли учащегося.

         Приведем некоторые симуляторы достижения занимательности:

·       использование неожиданных сопоставлений;

·       привлечение примеров и задач из художественной литературы, легенд, сказаний;

·       экскурсы в область истории наук;

·       использование математических игр, фокусов, головоломок и других развлечений;

·       обсуждение житейских ситуаций;

·       практическая направленность науки;

·       симуляторы состязательности.

·       игровые симуляторы.

Преимущества использования занимательности науки в обучении:

·       на занятиях по информатике с использованием занимательных симуляторов более прочно закрепляются знания и практические навыки;

·       учебный процесс становится более содержательным и интересным для учеников.

·       знания из разных областей усваиваются прочнее;

Рекомендации по разработке симуляторов занимательности сводятся к следующему:

·       Чему этот симулятор должен научить моих учеников? Ответ на вопрос будет определять выбор темы и сюжет занимательности.

·       Яркие и интересные персонажи.

·       Время и место.

·       Сюжет.

·       Общие проблемы.

·       Частные проблемы.

·       Развязка занимательности.

·       Завершение.

·       Оценка достижений и эффективности симулятора занимательности. Какие знания и навыки должен дать данный симулятор.

Задача учителя – разработать симулятор занимательности соответствующий уровню и интересам учеников. Роль учителя - инструктор и помощник, ученики – исполнители симулятора.

В качестве симулятора может выступить занимательная задача, занимательный проект, необычное по форме проведения занятие, внеклассное мероприятие и т.д.

Литература:

1. Сулейманов Р. Р. Решение задач методами обобщения и аналогии // Информатика и образование. 2001. № 2. . Стр. 61-62.

2. Сулейманов. Р. Р. Составление задач учащимися // Информатика и образование. 2000. № 6. Стр.37-40.

3. Сулейманов Р. Р. Исследование периодических дробей //Информатика и образование. 2001. № 7. Стр.27-29.

4. Сулейманов Р. Р. Некоторые вопросы методики обучения решению задач по программированию // Информатика и образование. 2004. № 12. Стр. 55-59.

5. Сулейманов Р. Р. Проектирование математических игр в средах Delphi и Visual Basic //Информатика и образование.  2006. №1. Стр.12-20.

6. Сулейманов Р. Р. Занимательные задачи по программированию на Паскале //Информатика и образование.  2006. №7. Стр. 51-58., №8. . Стр. 53-59., № 9. Стр.96-105. 2007. №1. Стр. 70-82.

Добавлено: 28.08.2007
Рейтинг: -
Комментарии:
0
Просмотров 6266
Сказали спасибо 0
Сказать спасибо
footer logo © Образ–Центр, 2020. 12+