Реферат: Обучение информатике по опорным сигналам

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РФ

ЕЛАБУЖСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РЕФЕРАТ:

ОБУЧЕНИЕ ИНФОРМАТИКЕ ПООПОРНЫМ

СИГНАЛАМ.

Составитель:Мякишева С. В.

Руководитель:Иванова Л. В.

Елабуга.1998 год.

ПЛАН:

1) Введение.

2) Примеры листов опорныхсигналов, выводы и рекомендации к ним.

3) Эффективность применения ЛОСи ОК. Заключение.

В рамкахшкольного курса информатики, особенно в условиях без машинного преподавания, внастоящее время широко используются так называемые листы опорных сигналов (ЛОС)или опорные конспекты (ОК), введенные в педагогическую практику В.Ф. Шаталовымдля наилучшего качества обучения. С использованием ЛОС заметно упрощаетсяобъяснение нового материала учителем, а так же запоминание и усвоениеполучаемых знаний учащимися. Приведенный ниже материал был разработан Т.Н.Поддубной и апробирован в школе. Использование ЛОС позволяет сократить времяобучения, сформировать у учащихся не разрозненные понятия, а систему знаний ибольше внимания обратить на выработку умений составления алгоритмов для ЭВМ.

ППУ

КОНТОРА

УУ

ЭВМ

3.14

ПА

2.2 2.2

3.14

Ч. БЭББИДЖ

1830

С := A + B

S := A + B

S := S / 2.2

ВВОД

УВВ

ВЫВОД

ПРИСВАИВАНИЕ

ЗУ СКЛАД

ЛОС 1

ФОН НЕЙМАН

1946

МЕЛЬНИЦА АУ

ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 1.

Приведенныйлист опорных сигналов соответствует разделу «Первоначальные сведения об ЭВМ»пробного учебного пособия.

На схемевыделены основные блоки современной ЭВМ — память (ЗУ — запоминающееустройство), устройства ввода-вывода (УВВ) и центральный процессор, который дляудобства проведения исторической аналогии представлен в виде двух блоков:арифметического устройства (АУ) и устройства управления (УУ).

В начале 19 в.английским инженером Чарльзом Бэббиджем была выдвинута идея создания счетноймашины с программным управлением. Функциональная схема машины Бэббиджасодержала блоки склад, мельница и контора, которые не нуждаются в особыхпояснениях, как и факт их полного соответствия определенным функциональнымблокам современного ЭВМ. Память ЭВМ на листе опорных сигналов представлена ввиде куба, разделенногона отдельные элементарные ячейки — места хранения единиц информации, обработкойкоторой занимается ЭВМ. Подобноеделение, кроме того, что оно связано с понятием байта, а также более и менеекрупных ячеек памяти (бит, слово и т. д.), позволяет просто объяснить один изосновных принципов построения современных ЭВМ, сформулированный Джоном фонНейманом. Это принцип адресации ячеек памяти (опорный сигнал ПА).

Память ЭВМ,какую бы геометрическую форму она не имела (куб, цилиндр, диск, лента), разбитана элементарные ячейки, которые пронумерованы подряд. Номер ячейки есть ееадрес. ЭВМ размещает и разыскивает информацию в памяти по адресам. Такимобразом, каждая ячейка характеризуется своим адресом и содержимым (кодом,который в ней записан). Работа ЭВМ, собственно, и заключается в том, что она всоответствии с некоторой совокупностью команд меняет содержимое ячеек памяти.

Усвоить этотпринцип помогает такой пример. Кто живет по адресу: ул. Ленина, д. 6, кв. 20? Сегодня один, завтрадругой. Содержимое ячейки с данным адресом может быть разным в разное время.

Первоначальноинформация заносится в память ЭВМ с помощью специальных команд (операторов)ввода, и, хотя в учебном пособии их нет, упомянуть их полезно. Команды вводаобеспечивают ввод информации в оперативную (внутреннюю) память ЭВМ с различныхвнешних носителей и устройств — перфокарт, магнитных лент и магнитных дисков, склавиатур терминалов. На ЛОС этот момент изображен стрелкой, в качествевнешнего устройства показана клавиатураперсональной ЭВМ.

Подобное, внекоторой степени углубленное, представление структуры памяти ЭВМ являетсяважным в методическом плане, так как обучение основам алгоритмизации должностроиться в расчете на то, что исполнителем алгоритма будет ЭВМ. Значит, первичныезнания о ней необходимы. Например, при изучении раздела «Алгоритмы работы свеличинами» важно показать, что отнесение величин к различным типам обусловленои тем, что они имеют разное внутреннее (в памяти ЭВМ) представление, вчастности могут иметь разную длину.

Знаниеструктуры памяти позволяет уже при изучении этого материала основательнорассмотреть механизм выполнения алгоритма на ЭВМ — второй принцип, сформулированныйфон Нейманом, — принцип программного управления (опорный сигнал ПУ). На ЛОС вквадрате, соответствующем арифметическому устройству, помещена последовательностьтрех команд — три оператора (так они называются в алгоритмических языках)присваивания значений переменным C и S.При записи операторов использован знак операции присваивания :=. После выполнения операторов C:=A+B и S:=A+B переменныеC иS получат значение, равное сумме значений переменных A и B, которые были введены в память ЭВМ спомощью команд ввода. После выполненияоператора S:=S/2.2 переменнаяS получит новоезначение, которое равно старому значению этой переменной, разделенному наконстанту. Последняя тоже берется из некоторой ячейки памяти ЭВМ.

Принциппрограммного управления — второй основной принцип современных ЭВМ. Онзаключается в том, что ЭВМ работает сама, без участия человека, по программе (последовательности команд), которая находится в ее памяти, т.е. предварительновводится в нее с внешнего устройства. ЭВМ выбирает команды из памяти одну задругой, анализирует их в арифметическом устройстве, выполняет и результатыснова возвращает в память. Этим процессом управляет устройство управления.

Остановимсяеще на одном моменте. Команды присваивания S:=A+B и S:=S/2.2находились в памяти ЭВМ и были выбраны в арифметическое устройствопоследовательно друг за другом. После выполнения первой команды в ячейку памятидля переменной S занеслосьзначение, равное сумме A+B,а послевыполнения второй — в2.2 раза меньше.Второй оператор присваивания требует особого внимания, так как при еговыполнении переменная, получающая значение и стоящая слева от знакаприсваивания, и переменная, значение которой используется при вычислении,находятся в одной и той же ячейке памяти

Вынесенные наЛОС команды присваивания помогают сделать два важных дела: пояснить принцип программногоуправления и смысл важнейшей операции — операции присваивания.

Вчем разница между командой присваивания и командой ввода?

Привводе информация поступает с внешнего устройства (извне). При присваиванииинформация (новое значение) создается при вычислении выражений внутри ЭВМ.

Выводыи рекомендации.

Информацияна ЛОС — это систематизированное наглядное представление следующих понятий.

Функциональнаясхема ЭВМ.

Структураоперативной памяти ЭВМ.

Принципадресации ячеек памяти ЭВМ.

Принциппрограммного управления ЭВМ.

Операция вводаинформации и операция присваивания, их роль в алгоритмах.

ПОЯСНЕНИЯ КЛОС 2.

На ЛОС 2обсуждается вопрос о порядке выполнения команд, с помощью которых записаналгоритм.

На ЛОС 2 этитри вида инструкций, управляющих порядком выполнения команд алгоритма, связаныс опорным сигналом в виде светофора.

ЛОС 2

УПРАВЛЕНИЕ В АЛГОРИТМЕ

АЛЬ ХОРЕЗМИ

19 век

ВЕТВЛЕНИЕ СЛЕДОВАНИЕ ПОВТОРЕНИЕ

если IF

то THEN

иначе ELSE

Пока WHILE DO

нц BEGIN

кц END

Команда1

Команда2

Команда3

условие

Серия1

Серия2

да

нет

СЕРИЯ

условие

да

нет

серия

Одна илинесколько команд, которые в алгоритме рассматриваются как одно целое и называютсясерией, изображаются в прямоугольнике с одним входом и одним выходом; условие — в ромбе с однимвходом и двумя выходами, над которыми написаны слова «да» и «нет», означающиевыполнение и невыполнение условия соответственно.

На ЛОС неявно определено, что серия — это последовательность любыхкоманд, выполняемых друг за другом. То есть, внутри серии могут быть не толькопростые команды, но и команды ветвления и повторения.

Зачеркнутый на ЛОС прямоугольник означает, что если условие предполагаетналичие действий только в одном случае (либо при «да", либо при «нет»), ав альтернативном варианте предполагается отсутствие действий, то можнопользоваться неполной формой команды ветвления.

Выводы и рекомендации.

На ЛОС 2 образно представлена информация о системе базовых управляющихкоманд, достаточных для записи любого алгоритма. При изучении конкретных языковпрограммирования учащиеся встретятся и с другими командами, важностьприведенных в том, что они формируют культуру алгоритмического мышления,определяют главное свойство алгоритмов — простоту их написания и понимания.

Использование английских служебных словна ЛОС облегчает их усвоение приизучении конкретных алгоритмических языков.

ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 3.

Алгоритмы пишутся для обработкинекоторой информации. Обычно ее называют данными или величинами.

Данные могут быть различными как потипу, так и по способу своей организации. Классификации данных и описанию иххарактеристик и посвящен ЛОС 3.

Для классификации данных используетсяопорный сигнал в виде куба. На его гранях представлены характеристики данных подвум направлениям.

Передняя грань делит данные на четырекласса — вещественные, целые, натуральные и литерные. Служебные слова, описывающиесоответствующий тип, приведены в правом нижнем углу ЛОС. Почему в ЭВМприменяется подобное деление?

2)Для данных разноготипа в ЭВМ могут быть предусмотрены разные операции.

ЛОС 3

ВЕЛИЧИНЫ

ЦЕЛЫЕ

ВЕЩЕСТВЕННЫЕ

НАТУРАЛЬНЫЕ

ЛИТЕРНЫЕ

КОН-

СТАН-

ТЫ

ПЕРЕ-

МЕН-

НЫЕ

ЗНАЧЕНИЕ

сразу

ИМЯ И ЗНАЧЕНИЕ

как

получается

только место

с индексами

простые

пассажир1

пассажир2

Иванов

Петр

Петров

Иван

шофер

Иванов

Иван

автобус

пассажиры

МАССИВ

вещ таб P[1:15]

цел таб M[1:N, 1:K]

вещ A

цел I

нат N

лит X

Наверхней грани кубика — другая классификация. В процессе работы алгоритма данныемогут оставаться постоянными. Это — константы. Но они могут и изменять своезначение. Это — переменные. Подобное деление очень важное, так как позволяетостановиться на фундаментальном понятии программирования — имени переменной (валгоритмических языках как синоним употребляется слово «идентификатор»), а также на механизме распределения памяти под величины.

ЭВМ, читая алгоритм, для всех величин отводитместо в памяти. На ЛОС этот факт связан с табуретом и стулом. Константаоднозначно, раз и навсегда, задается своим значением. Отводя ей место в памяти,ЭВМ сразу помещает туда константу и запоминает (для себя) адрес этого места. Впроцессе работы адрес остается неизвестным программисту.

Переменнаяможет принимать разные значения в процессе работы алгоритма. Поэтому для нее ивводится обозначение — имя. Когда ЭВМ встречает в алгоритме произвольное имя,она отводит ему только место в памяти (опорный сигнал «стул»). Значение же (то,что будет находиться на стуле) получается в различных командах алгоритма.Подчеркнем, что место отводится при первой встрече имени, то есть один раз,значение же может меняться много раз. На ЛОС стоит вопрос «как?». Как можно менять значение одной итой же переменной? Впервом случае значение переменной берется с внешнего носителя (команда ввода).Во втором случае оно может вычисляться процессором ЭВМ (команда присваивания).

Внижней части ЛОС представлена еще одна линия классификации переменных величин — по способу организации. Это простые переменные (скалярные) и переменные с индексами.

Переменныес индексами — элементы совокупностей однотипных величин, называемых массивамиили таблицами.

Дляпояснения сути этой классификации на ЛОС использован сигнал в виде автобуса.Шофер — это простая величина, являющаяся именем переменной. В автобусе он один.Но на одном автобусе может работать не один шофер. Значит, это имя может иметьразные значения. Автобус перевозит пассажиров. Они образуют массив переменных.Общее имя этого массива — ПАССАЖИР. В автобусе каждый пассажир полностьюопределяется номером места, которое он занимает. К каждому из них можнообратиться:

ПАССАЖИР [1]

ПАССАЖИР [2], и т.д.

Это и есть имена переменных синдексами.

Этааналогия позволяет зафиксировать внимание на сущности понятия имени переменной,так как в самой аналогии слово «имя» используется дважды — как понятие программированияи как значение литерного типа. Различие этих двух моментов свидетельствует опонимании сути дела.

Такимобразом, массивы — это совокупности однотипных переменных, в которых каждыйэлемент однозначно определяется своим местом в ряду элементов, образующих эту совокупность.

Слевавнизу на ЛОС приведены примеры описания таблиц.

Выводыи рекомендации.

ЛОС 3представляет собой образное и систематизированное изображение информации овеличинах. Он дает знание как отдельных характеристик величин, так и их взаимодействиепри различных видах организации.

Важныммоментом является вопрос о предоставлении места в памяти различным величинам.Простым переменным и константам — одно место, массивам — столько мест, сколькоэлементов в массиве, хотя массив имеет одно общее имя.

Переменныес индексами не описываются в алгоритме каждая в отдельности. Описывается сразувесь массив. В описании массива указывается его имя, тип его элементов играницы изменения индексов (число элементов массива).

ЛОС 4

алг А2

ЕЩЕ РАЗ ОБ АЛГОРИТМАХ

ТОРТ(название)

сахар

масло

...

растереть

добавить

ЧТО ?

ИЗ

ЧЕГО ?

КАК?

алг имя алгоритма

( тип имя1, имя2, тип имя3)

арг имя1, имя2, ...

рез имя3, ...

нач

оператор 1;

оператор2;...

кон

РЕЦЕПТ

ПРОГРАММА

сок

молоко

Теле-фон

Библиотека вспомогательных алгоритмов

ОСНОВНОЙ АЛГОРИТМ

алг А(...)

X:= знач;

Y:= знач;

алг А1

алг А2

алг А3 (цел а, в, лит с);

арг а, в;

рез с;

Вызов вспомогательного алгоритма А3

А3 (x, y, z)

Возврат и

результат

ПОЯСНЕНИЯК ЛОС 4

ЛОС4 возвращает нас к понятию алгоритма, но уже на более высоком уровне знания.

Житейскимпримером, который может быть использован для пояснения способа записиалгоритма, является любой кулинарный рецепт — как приготовить определенное блюдо (что) из определенных продуктов (изчего)? Аналогияполная. Имя алгоритма — это название производимого продукта. Если алгоритмпишется для ЭВМ, то его часто так и называют — программный продукт. Указаниетипов имен, являющихся аргументами (входами) и результатами (выходами)алгоритма — это задание конкретных характеристик величин, для обработки которыхпредназначен алгоритм.

НаЛОС помещен опорный сигнал в виде двух стаканов с разными жидкостями. Он связанс понятием промежуточной величины. Можно ли поменять местами содержимое двухстаканов, не пользуясь третьим, промежуточным? При исполнении любого алгоритма могут понадобиться некоторыевспомогательные величины.

Промежуточныевеличины не являются ни аргументами, ни результатами, но в теле алгоритма онидолжны быть обязательно описаны, так как им должно быть предоставлено место впамяти ЭВМ в соответствии с их типом. В реальных программах количествопромежуточных величин может значительно превышать количество аргументов и результатов.

Втораячасть ЛОС 4 посвящена вопросам оптимального использования труда программистов.Дело в том, что хороший алгоритм, составленный однажды, не имеет тенденции кпорче и потому его можно использовать как угодно долго, а чтобы не переписыватькаждый раз, из хороших алгоритмов составляют библиотеки алгоритмов и определяютобщие правила пользования такими библиотеками. Все алгоритмы, занесенные туда, называют вспомогательными. Валгоритмических языках они называютсяпроцедурами и функциями. Для того, чтобы воспользоваться вспомогательнымалгоритмом при написании другого алгоритма ( на ЛОС последний помещен в букву Аи назван основным; егоимя — тоже А), необходимо в нужном месте написать команду (оператор) вызовавспомогательного алгоритма. Она имеет следующий формат:

ИМЯвспом. алг. (список конкретных имен, для которых должен проработать вспомогательныйалгоритм).

Это показано на ЛОС 4. К моментувызова (опорный сигнал в виде телефона) вспомогательного алгоритма с именем А3в основном алгоритме должны быть обязательно описаны и определены значения переменных, которые при вызове будутпереданы как аргументы.Такжедолжна быть описана величина, которая будет передана во вспомогательныйалгоритм для получения результата его работы.

Алгоритм,вспомогательный в одном случае, может оказаться основным по отношению к другомуалгоритму, если во время работы он обращается к нему. Этот другой алгоритмбудет по отношению к вызывающему вспомогательным.

НаЛОС 4 стрелочкой с надписью «возврат и результат» подчеркнут тот факт, чтовозвращение результата работы вспомогательного алгоритма происходит всегда ввызывающий, т.е. в основной для него, алгоритм к команде, следующей за командойвызова.

Выводыи рекомендации.

ЛОС4 является своего рода завершением изучения теоретического материала, связанногос правилами написания и оформления алгоритмов.

Приизучении ЛОС 4 и соответствующего материала по учебному пособию следуетобратить внимание на такой важный момент.

Еслиалгоритм предназначен для работы в качестве основного, т.е. к нему не предполагаетсяобращение в дальнейшем, то первым оператором в его теле должен быть операторввода необходимых для работы значений величин. В учебном пособии об операторахввода речи не ведется, но, если предполагается хоть какое-то общение с ЭВМ, овводе говорить просто необходимо.

Можнопойти по другому пути — все алгоритмы оформлять как вспомогательные. Тогдаввода в них не требуется, т. к. Конкретные значения аргументов (входныхвеличин) передаются им в вызове. Именно этот путь и выбран в учебном пособии.

Эффективностьиспользования ЛОС привела к разработке комплекта опорных конспектов (ОК),которые в настоящее время используются внекоторых учебных заведениях. ОК были дополнены изображениями основных устройствЭВМ и синтаксическими диаграммами. ОК охватывают все разделы курса ОИВТ.

Каждыйучащийся имеет комплект ОК. Каждый ОК снабжен вопросами и упражнениями.Упражнения сочетаются с выполнением программ, записанных на дискетах. Напрактических занятиях учащиеся выполняют весь комплекс работ, необходимых при работена ЭВМ.

ОКне заменяют учебное пособие, а дополняют его, позволяя наглядно выделитьосновные понятия, приемы построения алгоритмов простейших задач, помогают учащимсяв самостоятельной работе с учебными пособиями и при работе на ЭВМ. При подготовкек работе учащихся с ОК?,исходя из его содержания, формулируются требования к знаниям и умениям,подбираются вопросы и упражнения.

ОКспособствует активному усвоению учащимися основ информатики и вычислительнойтехники, развитию у них логического мышления, компьютерной грамотности и, чтоочень важно, побуждает интерес к информатике.

Литература:

1) Журнал «Информатика и образование» 1987 ‘3

Т. Поддубная (Томский государственный университет).

Информатика по опорным сигналам.

2) Журнал «Информатика иобразование» 1990 ‘3

К. Сулима — Самойлов (Киевское суворовское военное училище). Опорные конспекты в курсеОИВТ.

еще рефераты

Еще работы по педагогике

Реферат по педагогике

Воспитание внимания у подростков на уроке физкультуры

24 Июня 2015

Реферат по педагогике