Вопросы
для подготовки к экзамену по дисциплине
«Информатика»
Наша учеба, работа, личные дела — это
каждодневное, ежечасное решение различных
задач. Каждая задача требует для своего
решения выполнения определенных
действий. Многократно решая задачи,
можно заметьть, что необходимые действия
должны выполняться в строго определенном
порядке. В таких случаях принято говорить
об алгоритме решения задач. Понятие
алгоритма считается одним из древнейших.
Оно возникло задолго до появления ЭВМ,
но с развитием вычислительной техники
его роль значительно возросла.
Происхождение понятия алгоритма связано
с именем великого среднеазиатского
ученого Аль Хорезми, жившего в 9 веке
н.э. Им были сформулированы впервые
правила выполнения четырех арифметических
действий.
Алгоритм — это точная инструкция, а
инструкции встречаются во всех областях
человеческой деятельности. Однако не
всякую инструкцию можно назвать
алгоритмом. Решая задачу, человек часто
не задумывается над тем, как он это
делает, и порой, затрудняется записать
последовательность выполняемых действий.
Но для того, чтобы поручить решение
задачи автоматическому устройству
необходимо составить алгоритм с четким
указанием последовательности действий.
Чтобы автоматическое устройство могло
решить задачу в соответствии с алгоритмом,
оно должно понимать каждое указание
алгоритма. Алгоритм применяется к
искомому набору исходных величин,
называемых аргументами. Цель исполнения
алгоритма получение определенного
результата, если в результате исполнения
алгоритма не достигнута определенная
цель, значит алгоритм либо неверен, либо
не завершен.
Алгоритмом называется точная инструкция
исполнителю в понятной для него форме,
определяющая процесс достижения
поставленной цели на основе имеющихся
исходных данных за конечное число шагов.
Основными свойствами алгоритмов
являются:
1. Универсальность (массовость)
— применимость алгоритма к различным
наборам исходных данных.
2. Дискретность — процесс решения
задачи по алгоритму разбит на отдельные
действия.
3. Однозначность — правила и порядок
выполнения действий алгоритма имеют
единственное толкование.
4. Конечность — каждое из действий и
весь алгоритм в целом обязательно
завершаются.
5. Результативность — по завершении
выполнения алгоритма обязательно
получается конечный результат.
6. Выполнимость — результата алгоритма
достигается за конечное число шагов.
Алгоритм считается правильным, если
его выполнение дает правильный результат.
Соответственно алгоритм содержит
ошибки, если можно указать такие
допустимые исходные данные или условия,
при которых выполнение алгоритма либо
не завершится вообще, либо не будет
получено никаких результатов, либо
полученные результаты окажутся
неправильными.
Выделяют три крупных класса алгоритмов:
— вычислительные алгоритмы, работающие
со сравнительно простыми видами данных,
такими как числа и матрицы, хотя сам
процесс вычисления может быть долгим
и сложным;
— информационные алгоритмы,
представляющие собой набор сравнительно
простых процедур, работающих с большими
объемами информации (алгоритмы баз
данных);
— управляющие алгоритмы, генерирующие
различные управляющие воздействия на
основе данных, полученных от внешних
процессов, которыми алгоритмы управляют.
Для записи алгоритмов используют самые
разнообразные средства. Выбор средства
определяется типом исполняемого
алгоритма. Выделяют следующие основные
способы записи алгоритмов:
— вербальный, когда алгоритм описывается
на человеческом языке;
— символьный, когда алгоритм описывается
с помощью набора символов;
— графический, когда алгоритм
описывается с помощью набора графических
изображений.
Общепринятыми способами записи являются
графическая запись с помощью блок-схем
и символьная запись с помощью какого-либо
алгоритмического языка.
Описание алгоритма с помощью блок схем
осуществляется рисованием последовательности
геометрических фигур, каждая из которых
подразумевает выполнение определенного
действия алгоритма. Порядок выполнения
действий указывается стрелками. Написание
алгоритмов с помощью блок-схем
регламентируется ГОСТом. Внешний вид
основных блоков, применяемых при
написании блок схем, приведен на рисунке:
В зависимости от последовательности
выполнения действий в алгоритме выделяют
алгоритмы линейной, разветвленной и
циклической структуры.
В алгоритмах линейной структуры действия
выполняются последовательно одно за
другим:
В алгоритмах разветвленной структуры в
зависимости от выполнения или невыполнения
какого-либо условия производятся
различные последовательности действий.
Каждая такая последовательность действий
называется ветвью алгоритма.
В алгоритмах циклической структуры в
зависимости от выполнения или невыполнения
какого-либо условия выполняется
повторяющаяся последовательность
действий, называющаяся телом
цикла. Вложенным называется цикл,
находящийся внутри тела другого цикла.
Различают циклы с предусловием и послеусловием:
Итерационным называется цикл, число
повторений которого не задается, а
определяется в ходе выполнения цикла.
В этом случае одно повторение цикла
называется итерацией.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Алгоритмом называется точная инструкция исполнителю в понятной для него форме, определяющая процесс достижения поставленной цели на основе имеющихся исходных данных за конечное число шагов.
В начале ХХ века алгоритмы стали объектом изучения математиков, появились различные математические уточнения понятия «алгоритм» и возникла целая отрасль математики – теория алгоритмов. Результаты, полученные теорией алгоритмов, служат теоретическим фундаментом всей компьютерной технологии, но в повседневной программистской практике не используются.
Алгоритм — это определенным образом организованная последовательность действий, за конечное число шагов приводящая к решению задачи.
Свойства алгоритмов :
- Дискретность
- Разделение выполнения решения задачи на отдельные операции.
- Определенность
- Каждая команда алгоритма должна однозначно определять действия исполнителя.
- Результативность
- Завершение работы алгоритма за конечное число шагов.
- Массовость
- Алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть возможность решения класса задач, различающихся лишь исходными данными.
- Понятность
- Одержание допустимого набора команд, понятного конкретному исполнителю.
Виды алгоритмов
Алгоритмы в зависимости от цели, начальных условий задачи, путей ее решения, определения действий исполнителя подразделяются следующим образом:
Механические алгоритмы, или иначе детерминированные, жесткие (например, алгоритм работы машины, двигателя и т.п.);
Гибкие алгоритмы, механический алгоритм задает определенные действия, обозначая их в единственной и достоверной последовательности, обеспечивая тем самым однозначный требуемый или искомый результат, если выполняются те условия процесса, задачи, для которых разработан алгоритм.
Вероятностныйалгоритм дает программу решения задачи несколькими путями или способами, приводящими к вероятному достижению результата.
Эвристическийалгоритм (от греческого слова “эврика”) – это такой алгоритм, в котором достижение конечного результата программы действий однозначно не предопределено, так же как не обозначена вся последовательность действий, не выявлены все действия исполнителя. К эвристическим алгоритмам относят, например, инструкции и предписания.
Линейный алгоритм– набор команд (указаний), выполняемых последовательно во времени друг за другом.
Разветвляющийся алгоритм– алгоритм, содержащий хотя бы одно условие, в результате проверки которого ЭВМ обеспечивает переход на один из двух возможных шагов.
Циклический алгоритм– алгоритм, предусматривающий многократное повторение одного и того же действия (одних и тех же операций) над новыми исходными данными. К циклическим алгоритмам сводится большинство методов вычислений, перебора вариантов.
Цикл программы– последовательность команд (серия, тело цикла), которая может выполняться многократно (для новых исходных данных) до удовлетворения некоторого условия.
Вспомогательный алгоритм– алгоритм, ранее разработанный и целиком используемый при алгоритмизации конкретной задачи. В некоторых случаях при наличии одинаковых последовательностей указаний (команд) для различных данных с целью сокращения записи также выделяют вспомогательный алгоритм.
На всех этапах подготовки к алгоритмизации задачи широко используется структурное представление алгоритма.
Структурная схема алгоритма– графическое изображение алгоритма в виде схемы связанных между собой с помощью стрелок (линий перехода) блоков – графических символов, каждый из которых соответствует одному шагу алгоритма. Внутри блока дается описание соответствующего действия.
Графическое изображение алгоритма широко используется перед программированием задачи вследствие его наглядности, т.к. зрительное восприятие обычно облегчает процесс написания программы, ее корректировки при возможных ошибках, осмысливание процесса обработки информации.
Порядок выполнения алгоритма:
- 1.
- Действия в алгоритме выполняются в порядке их записи;
- 2.
- Нельзя менять местами никакие два действия алгоритма;
- 3.
- Нельзя не закончив одного действия переходить к следующему.
Для записи алгоритмов используются специальные языки:
- 1.
- Естественный язык (словесная запись);
- 2.
- Формулы;
- 3.
- Структурограммы;
- 4.
- Синтаксические диаграммы;
- 5.
- Графический (язык блок-схем).
Естественный язык:
если условие то действие 1 иначе действие 2
Структурограмма:
Синтаксическая диаграмма:
Графический язык:
Составление алгоритмов графическим способом подчиняется двум ГОСТам:
1. ГОСТ 19.002-80, соответствует международному стандарту ИСО 2636-73. Регламентирует правила составления блок-схем.
2. ГОСТ 19.003-80, соответствует международному стандарту ИСО 1028-73. Регламентирует использование графических примитивов.
Тема 7. Алгоритмизация и программирование
1. Основные свойства
и способы записи алгоритмов.
2. История развития ЯП.
Этапы развития языков программирования. Классификация ЯП.
1. Основные
свойства и способы записи алгоритмов.
Алгоритмом называется
точная инструкция исполнителю в понятной для него форме, определяющая процесс
достижения поставленной цели на основе имеющихся исходных данных за конечное
число шагов.
Основными свойствами
алгоритмов являются:
1. Универсальность (массовость) — применимость
алгоритма к различным наборам исходных данных.
2. Дискретность — процесс решения
задачи по алгоритму разбит на отдельные действия.
3. Однозначность — правила и порядок
выполнения действий алгоритма имеют единственное толкование.
4. Конечность — каждое из действий и весь алгоритм в целом
обязательно завершаются.
5. Результативность — по завершении
выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.
6. Выполнимость — результата
алгоритма достигается за конечное число шагов.
Алгоритм считается
правильным, если его выполнение дает правильный результат. Соответственно
алгоритм содержит ошибки, если можно указать такие допустимые исходные данные
или условия, при которых выполнение алгоритма либо не завершится вообще, либо
не будет получено никаких результатов, либо полученные результаты окажутся
неправильными.
Выделяют три крупных класса алгоритмов:
—
вычислительные алгоритмы, работающие со сравнительно простыми видами
данных, такими как числа и матрицы, хотя сам процесс вычисления может быть
долгим и сложным;
—
информационные алгоритмы, представляющие собой набор сравнительно простых
процедур, работающих с большими объемами информации (алгоритмы баз данных);
—
управляющие алгоритмы, генерирующие различные управляющие воздействия на
основе данных, полученных от внешних процессов, которыми алгоритмы управляют.
Алгоритм может быть записан различными
способами:
Словесное описание (на естественном
языке) алгоритма
представляет собой описание структуры алгоритма на естественном языке.
Например, к приборам бытовой техники, как правило, прилагается инструкция по
эксплуатации, т. е. словесное описание алгоритма, в соответствии с которым
данный прибор должен использоваться.
Формальное описание — на формализованном языке, например на языке программирования.
Графическое описание алгоритма в виде
блок-схемы – это описание структуры алгоритма с помощью
геометрических фигур с линиями связи.
Блок схема алгоритма –
это графическое представление метода решения задачи, в котором используются
специальные символы для отображения операций.
Основные элементы
блок-схем:
Каждый из перечисленных способов изображения алгоритмов имеет и достоинства и
недостатки. Например, словесный способ отличается многословностью и отсутствием
наглядности, но дает возможность лучше описать отдельные операции. Графический
способ более наглядный, но часто возникает необходимость описать некоторые
операции в словесной форме.
Существует несколько
типов алгоритмов: линейные, разветвляющие, циклические.
Линейный алгоритм
Имеет простую линейную
структуру, в которой все шаги выполняются друг за другом один раз в порядке их
следования.
Каждый из перечисленных способов изображения алгоритмов имеет и достоинства и
недостатки. Например, словесный способ отличается многословностью и отсутствием
наглядности, но дает возможность лучше описать отдельные операции. Графический
способ более наглядный, но часто возникает необходимость описать некоторые
операции в словесной форме.
Существует несколько
типов алгоритмов: линейные, разветвляющие, циклические.
Линейный алгоритм
Имеет простую линейную
структуру, в которой все шаги выполняются друг за другом один раз в порядке их
следования.
Графическое изображение
Разветвляющийся алгоритм
Разветвляющийся
алгоритм — последовательность выполнения шагов алгоритма изменяется в
зависимости от некоторых условий. Осуществляется выбор одного из
двух/нескольких возможных вариантов. Словесно эта конструкция записывается так:
ЕСЛИ условие
справедливо, ТО выполнить действия 1,
ИНАЧЕ выполнить действия
2.
Разветвляющийся
алгоритм содержит блок проверки некоторого условия, и в зависимости от
результата проверки выполняется та или иная последовательность шагов
(действий).
Если есть «действия 1»
и «действия 2», то говорят о полной альтернативе
Полная
альтернатива неполная
альтернатива
Графическое
изображение разветвленного алгоритма
Циклический алгоритм
Для обозначения
многократно повторяющихся действий используются специальные циклические
структуры. Такая структура содержит условие, которое необходимо для определения
количества повторений для некоторой последовательности действий.
Основной блок цикла
— тело цикла — производит требуемые вычисления. Вспомогательные блоки
цикла организуют циклический процесс: устанавливают начальное значение и новые
значения данных, проверяют условие окончания циклического процесса.
Циклический алгоритм
позволяет компактно описать большое число одинаковых вычислений над разными
данными для получения необходимого результата. Различают циклические структуры
с предварительным условием циклы с предусловием и циклические структуры с
последующим условием -циклы с постусловием.
Известно, что первым
программистом была женщина — леди Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона. Она
разрабатывала программы для одного из первых механических компьютеров,
созданного в начале прошлого века английским ученым Чарльзом Беббиджом. Однако
настоящее программирование в современном понимании началось с момента создания
первой электронной вычислительной машины. Но тем не менее, имя
этой замечательной женщины — Ada — присвоено одному из самых мощных современных ЯП, который является
базовым для министерства обороны США.
2. История развития ЯП. Этапы развития
языков программирования. Классификация ЯП.
Первые ЭВМ,
созданные человеком, имели небольшой набор команд и встроенных типов данных, но
позволяли выполнять программы на машинном языке. Машинный язык (МЯ) —
единственный язык, понятный ЭВМ. Он реализуется аппаратно: каждую команду
выполняет некоторое электронное устройство. Программа на МЯ представляет собой
последовательность команд и данных, заданных в цифровом виде. Например, команда
вида 1А12 в 16-ричном виде или 0001101000010010 в двоичном виде
означает операцию сложения (1А) содержимого регистров 1 и 2.
Данные на МЯ
представлены числами и символами. Операции являются элементарными и из них
строится вся программа. Ввод программы в цифровом виде производился
непосредственно в память с пульта ЭВМ либо с примитивных устройств ввода.
Естественно, что процесс программирования был очень трудоемким, разобраться в
программе даже автору было довольно сложно, а эффект от применения ЭВМ был
довольно низким. Этот этап в развитии ЯП показал, что программирование является
сложной проблемой, трудно поддающейся автоматизации, но именно программное обеспечение
определяет в конечном счете эффективность применения ЭВМ. Поэтому на всех
последующих этапах усилия направлялись на совершенствование интерфейса
между программистом и ЭВМ — языка программирования.
Стремление программистов оперировать не цифрами, а символами, привело к
созданию мнемонического языка программирования, который называют ассемблером,
мнемокодом, автокодом. Этот язык имеет определенный синтаксис записи
программ, в котором, в частности, цифровой код операции заменен мнемоническим
кодом. Например, команда сложения записывается в виде AR 1,2 и означает сложение (Addition) типа регистр-регистр (Register) для регистров 1 и 2. Теперь
программа имеет более удобночитаемую форму, но ее не понимает ЭВМ. Поэтому
понадобилось создать специальную программу транслятор, который
преобразует программу с языка ассемблера на МЯ. Эта проблема потребовала, в
свою очередь, глубоких научных исследований и разработки различных теорий,
например теорию формальных языков, которые легли в основу создания
трансляторов. Практически любой класс ЭВМ имеет свой язык ассемблера. На
сегодняшний день язык ассемблера используется для создания системных программ,
использующих специфические аппаратные возможности данного класса ЭВМ.
Следующий
этап характеризуется созданием языков высокого уровня (ЯВУ). Эти языки
являются универсальными (на них можно создавать любые прикладные программы) и
алгоритмически полными, имеют более широкий спектр типов данных и операций,
поддерживают технологии программирования. На этих языках создается неисчислимое
множество различных прикладных программ.
Принципиальными отличиями ЯВУ от языков низкого
уровня являются:
· использование
переменных;
· возможность
записи сложных выражений;
· расширяемость
типов данных за счет конструирования новых типов из базовых;
· расширяемость
набора операций за счет подключения библиотек подпрограмм;
· слабая
зависимость от типа ЭВМ.
С усложнением ЯП
усложняются и трансляторы для них. Теперь в набор инструментов программиста,
кроме транслятора, входит текстовый редактор для ввода текста программ,
отладчик для устранения ошибок, библиотекарь для создания библиотек программных
модулей и множество других служебных программ. Все вместе это называется системой
программирования. Наиболее яркими представителями ЯВУ являются FORTRAN, PL/1, Pascal, C, Basic, Ada.
Может возникнуть
вопрос: почему создано столько различных языков одного класса? Почему нельзя
создать один язык на все случаи жизни? Ответ на этот вопрос может быть таким
же, как и на вопрос о различных языках народов мира: так уж получилось. Каждый
из разработчиков ЯВУ стремился создать самый лучший и самый универсальный язык,
который позволял бы быстро получать самые эффективные, надежные и безошибочные
программы. Однако в процессе этого поиска выяснилось, что дело не в самом
языке, а в технологии его использования. Поэтому дальнейшее развитие языков
стало определяться новыми технологиями программирования.
Одновременно с
развитием универсальных ЯВУ стали развиваться проблемно-ориентированные ЯП,
которые решали экономические задачи (COBOL), задачи реального времени (Modula-2, Ada), символьной обработки (Snobol), моделирования (GPSS, Simula, SmallTalk), численно-аналитические задачи (Analitic) и другие. Эти специализированные языки
позволяли более адекватно описывать объекты и явления реального мира, приближая
язык программирования к языку специалиста в проблемной области.
Другим направлением
развития ЯП является создание языков сверхвысокого уровня (ЯСВУ).
На языке высокого
уровня программист задает процедуру (алгоритм) получения результата по
известным исходным данным, поэтому они называются процедурными ЯП.
На ЯСВУ программист
задает отношения между объектами в программе, например систему линейных
уравнений, и определяет, что нужно найти, но не задает как получить
результат. Такие языки еще называют непроцедурными, т.к. сама
процедура поиска решения встроена в язык (в его интерпретатор). Такие языки
используются, например, для решения задач искусственного интеллекта (Lisp, Prolog) и позволяют моделировать мыслительную
деятельность человека в процессе поиска решений.
К непроцедурным языкам
относят и языки запросов систем управления базами данных (QBE, SQL).
«Мы редко до конца понимаем, чего мы в действительности хоти».
Франсуа де Ларошфуко
«Алгоритм должен быть определен настолько четко,
чтобы его указаниям мог следовать даже компьютер».
Дональд Э. Кнут
Дата:
Класс: 9
Тема урока: Определение и свойства алгоритма
Тип урока: Изучение нового материала
Вид урока: Комбинированный
Цели урока:
Образовательные:
-
Сформировать понятия «алгоритм», «исполнитель алгоритмов», «свойства алгоритма»;
-
Способствовать использованию этих понятий при решении задач, для которых ответом является не число или утверждение, а описание последовательности действий;
Развивающие:
-
Способствовать развитию алгоритмического и логического мышления;
-
Способствовать развитию творческой активности учащихся, интереса к предмету;
-
Способствовать развитию умения планировать последовательность действий для достижения поставленной цели;
-
Способствовать развитию умения применять ранее полученные знания при изучении нового материала.
Воспитательные:
-
Способствовать формированию познавательного интереса как компонента учебной мотивации;
-
Способствовать повышению у учащихся интереса к историческим событиям, связанным с происхождениями изучаемых терминов, понятий, законов;
-
Способствовать развитию навыков сознательного и рационального использования ЭВМ в своей учебной деятельности.
Методы и приемы обучения: объяснительно — иллюстративный; частично -поисковый; словесный (фронтальная беседа); наглядный (демонстрация компьютерной презентации); практический (демонстрация хода решения задач).
Средства обучения: авторская презентация; учебник («Информатика. 9 класс» Семакин И. Г.); технические (ЭВМ, мультимедиа проектор с экраном).
Оборудование: доска, компьютер, мультимедийная установка.
План урока:
-
Орг. момент
-
Актуализация опорных знаний
-
Изучение нового материала
-
Первичное закрепление
-
Рефлексивный тест
-
Домашнее задание
-
Итог урока
Ход урока:
-
Организационный момент.
Приветствие.
Проверка присутствия всех учащихся.
Сообщение учащимся даты, темы, плана урока, цели урока.
Цель: Сформировать понятия «алгоритм», «исполнитель алгоритмов»; изучить все свойства алгоритма и раскрыть их сущность на примерах.
-
Актуализация опорных знаний.
А) (фронтально – устный опрос).
— Что такое кибернетика?
— Расскажите о происхождении слова кибернетика?
— Кто такой Норберт Винер? Каков его вклад в развитие науки кибернетики?
— Что такое управление?
— Что такое управляющий объект?
— Что такое управляемый объект?
— Что такое управление с обратной связью? Приведите примеры.
— Что такое управление с прямой связью? Приведите примеры.
Б) В приведённом ниже списке найдите соответствие между управляющим и управляемым объектами и заполните таблицу: оркестр, лошадь, тренер, наездник, актёр, дирижёр, водитель, режиссёр, спортсмен, автобус.
В) Первоклассник пришёл домой и увидел, что мама оставила ему записку с информацией о том, как разогреть обед: — открой холодильник, — достань из холодильника жёлтую кастрюлю, — поставь кастрюлю на газовую плиту, — зажги газ, — подожди 5 минут, — выключи газ, — налей из кастрюли суп в тарелку. К какому типу относится данный алгоритм (с обратной связью или без обратной связи?) Поясните свой ответ. |
||||||
3. Изучение нового материала.
(При объяснении новой темы осуществляется демонстрация слайдов презентации.)
— В своей жизни мы встречаемся с различными практическими задачами: например, приготовление обеда, решение уравнения, покупка продуктов и т.д. При решении любой задачи человек выполняет некоторую последовательность действий. Приведите примеры.
— Какую последовательность действий нужно выполнить, чтобы позвонить по телефону автомату?
— 1. Вставить телефонную карточку.
2. Снять трубку
3. Набрать номер
— Хорошо, эту последовательность действий может выполнить каждый из вас. Так вот эта последовательность и называется алгоритмом. Давайте запишем определение. (Запись).
В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных.
Алгоритмом называется точная инструкция исполнителю в понятной для него форме, определяющая процесс достижения поставленной цели на основе имеющихся исходных данных за конечное число шагов.
— Современный научный термин «алгоритм» произошел от имени величайшего ученого Мухамада ибн Муссы аль — Хорезми, первым предложившего приемы выполнения арифметических операций с многозначными числами.
Он написал ряд трактатов по арифметике и алгебре, в том числе книгу «Арифметика индусскими цифрами». Из нее европейцы научились индийскому счету с помощью десяти цифр и узнали правила арифметических действий над ними. Она произвели в те времена столь огромное впечатление на математиков, что само имя ученого аль-Хорезми, указывающее на его происхождение из среднеазиатского государства Хорезм (области в нынешнем Узбекистане), в их устах превратилось в понятие algorithmi, первоначально обозначавшее десятичную систему исчисления и правила арифметических действий в этой системе. Отсюда и возник современный научный термин «алгоритм». Сейчас под алгоритмом понимают точное предписание, определяющее путь к достижению поставленной цели.
— Давайте вспомним, где вы уже встречались с алгоритмами?
На информатике (этапы решения задач), на математике (решение уравнения) и т.д.
— Хорошо, а теперь запишем следующее определение:
Исполнитель – некий объект или субъект, для управления которым составлен алгоритм.
— А теперь подумайте, сможет ли алгоритм решения квадратного уравнения выполнить младший школьник?
— Нет.
— Какой можно сделать вывод?
— Алгоритм может выполнить тот, кто понимает все его команды и может их выполнить.
— Таким образом, мы видим, что алгоритм не имеет смысла, если неизвестны или не учитываются возможности того, кто будет исполнять этот алгоритм, то есть возможности исполнителя. Поэтому нам потребуется еще одно определение «Система Команд Исполнителя»:
Система команд исполнителя (СКИ) – это вся совокупность команд, которые исполнитель умеет выполнять (понимает). Алгоритм можно строить только из команд, входящих в СКИ исполнителя.
— Система команд исполнителя – совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнить. Как вы думаете, кто может служить исполнителем алгоритма?
— Человек, автомат, компьютер, машина и т.д.
— Таким образом, каждый алгоритм должен быть понятен исполнителю, поэтому алгоритм должен быть записан на понятном для исполнителя языке, и эта запись называется программой. Запишем:
Программа — это алгоритм, записанный на языке исполнителя.
— Каждая ли последовательность действий является алгоритмом?
— Чтобы некая последовательность действий являлась алгоритмом необходимо, чтобы все описанные действия в этой последовательности были понятны и допустимы для исполнителя, а также необходимо, чтобы эта последовательность действий удовлетворяла следующим условиям. Эти условия мы назовем свойствами алгоритма. Рассмотрим их:
Для изучения свойств алгоритмов организуется работа учащихся таким образом, чтобы они сами их выявили. Класс делится на несколько групп. Каждая группа должна составить подробную инструкцию для какого-либо действия: заваривание чая, решение уравнения, переход дороги по светофору, лепка снеговика, рисование круга на компьютере, решение логической задачи «Волк, коза и капуста» и др. Инструкцию ученики оформляют в тетради. Инструкции учащихся зачитываются и обсуждаются по следующим вопросам:
-
Все ли инструкции просты и понятны? (понятность)
-
Все ли команды четко прописаны и в правильной последовательности? (детерминированность)
-
Что общего во всех этих инструкциях? (дискретность)
-
Что получается после выполнения каждого алгоритма? (результативность)
-
Можно ли один алгоритм, например инструкцию по завариванию чая, применить для выполнения аналогичного действия, например заваривания травяного сбора? (массовость)
Основными свойствами алгоритмов являются:
1. Универсальность (массовость) — применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.
2. Дискретность — процесс решения задачи по алгоритму разбит на отдельные действия.
3. Однозначность (определенность, детерминированность) — правила и порядок выполнения действий алгоритма имеют единственное толкование.
4. Результативность (конечность)— по завершении выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.
5. Понятность и выполнимость — результата алгоритма достигается за конечное число шагов.
Способы записи алгоритмов
Для записи алгоритмов используют самые разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого алгоритма. Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:
-вербальный (словесный), когда алгоритм описывается на человеческом языке;
-псевдокоды, когда алгоритм описывается с помощью набора символов;
-графический (язык блок-схем), когда алгоритм описывается с помощью набора графических изображений.
— программа, тексты на языках программирования.
Дискретность (прерывистость, разделённость) – любой алгоритм состоит из отдельных шагов. Каждое следующее действие выполняется после того, как выполнится предыдущее.
— Как вы понимаете это свойство?
Пример: Чтобы вскипятить воду необходимо: налить воду в чайник, зажечь газ, поставить чайник на огонь, выключить газ.
— Что произойдёт если переставить местами некоторые шаги?
— Алгоритм потеряет смысл, т.к. будет невозможно выполнить некоторые действия именно в этой последовательности – выключить газ, налить воду в чайник, поставить чайник на огонь, включить газ.
Детерминированность (точность) – каждое действие алгоритма однозначно и точно определено.
Пример: Алгоритм приготовления супа:
-
Сварить мясо.
-
Посолить.
-
Добавить картофель.
-
Добавить рожки.
-
Добавить приправы и специи.
— Почему эта последовательность действий не является алгоритмом?
— Потому что, не указано сколько граммов каждого продукта необходимо, т.е. с помощью этой последовательности действий нельзя сварить суп.
Результативность – алгоритм должен приводить к какому-то результату и не должен содержать ошибок.
— Пример: Деление чисел в столбик (23:2): Если деление закончилось, а в остатке 0 не получился, то делим до нужного количества знаков после запятой, иначе, если закончилось деление, сообщить что в остатке получилось какое-то число (1).
— Пример ошибки в алгоритме: необходимо некоему объекту в игре идти прямо и при встрече преграды обойти её с правой стороны. Если при некоторых обстоятельствах справа находится преграда, то объект не будет «знать» как поступить в этой ситуации, т.е. это и есть ошибка в алгоритме – в алгоритме не описано, как нужно поступить в такой ситуации (Например, чтобы исправить эту ошибку, нужно добавить в алгоритм следующее действие: обойти слева или развернуться и идти назад).
Массовость – один и тот же алгоритм можно использовать для различных исходных данных.
— Пример: Алгоритм открытия двери применим к любой двери с такой же системой замка. Аналогично, можно найти параграф в любой книге, пользуясь одним и тем же алгоритмом нахождения параграфа из оглавления книги.
— Пример: Решение однотипных задач.
Понятность – каждое действие алгоритма должно быть понятно исполнителю.
— У каждого исполнителя есть своя СКИ, т.е. те команды, которые допустимы и выполнимы для этого исполнителя.
— Пример: Пусть требуется решить уравнение вида ax2 + bx + c = 0. Ученик десятого класса, который хорошо знает, как решать квадратные уравнения, не нуждается в объяснениях. Для него алгоритм решения будет состоять из двух действий:
-
Решить уравнение.
-
Сообщить результат.
Для ученика восьмого класса, который еще не знает формулу вычисления корней квадратного уравнения, придется написать более длинную инструкцию:
-
Вычислить значение выражения b2 – 4ac (дискриминант уравнения).
-
Извлечь из полученного числа квадратный корень и обозначить результат буквой р.
-
Вычислить значение выражения (–b+р)/2a и обозначить результат x1.
-
Вычислить значение выражения (–b–р)/2a и обозначить результат x2.
-
Сообщить числа x1 и x2.
Для пятиклассника, который не умеет извлекать квадратный корень, тоже можно составить алгоритм решения нашего уравнения. Этот алгоритм будет очень длинным и сложным. Как видите, чем меньше запас умений школьника, тем подробнее будет составленный для него алгоритм.
— Пример: Не известные команды данные собаке она выполнить не сможет, т.к. эти команды не допустимы и не понятны для собаки, т.е. не входят в её СКИ.
— Итак, мы рассмотрели свойства алгоритмов, давайте еще раз их перечислим.
Дискретность, точность, понятность, результативность, массовость.
— Все эти свойства с другой стороны можно рассматривать, как требования к построению алгоритма, то есть когда вы будете строить алгоритм решения задачи вы должны следовать этим требованиям.
4. Первичное закрепление.
1. По приведенному алгоритму восстановите формулу для вычисления значения y:
Умножить x на x, обозначить результат R1.
Умножить R1 на a, обозначить результат R2.
Сложить R2 с b, обозначить результат R3.
Разделить R3 на c, считать результат значением y.
2.Какую задачу решает исполнитель, выполняя следующие команды:
Начертить отрезок АВ, длина которого равна 6 см.
Поставить ножку циркуля в точку А.
Установить раствор циркуля равным длине отрезка АВ.
Провести окружность.
Поставить ножку циркуля в точку В.
Провести окружность.
Через точки пересечения окружностей провести прямую.
Отметить точку пересечения этой прямой с отрезком АВ.
3. Опишите точный план действий, приводящий к решению следующей задачи:
1. Волк, коза и капуста. На берегу реки стоит крестьянин с лодкой, а рядом с ним – волк, коза и капуста. Крестьянин должен переправится сам, и перевезти волка, козу и капусту на другой берег. Однако, в лодку, кроме крестьянина, помещается либо волк, либо коза, либо только капуста. Оставлять же волка с козой или козу с капустой без присмотра нельзя – волк может съесть козу, а коза – капусту. Как должен вести себя крестьянин?
-
Постановка домашнего задания.
Параграф 27. Каждый получает лист с дифференцированными заданиями.
1. Запишите исполнителей для приведённых ниже видов работ:
|
Уборка мусора во дворе – Перевозка пассажиров в поезде – Выдача заработной платы – Приём экзаменов в школе – Сдача экзамена в университете – Набор текста на компьютере – Приготовление еды в ресторане –
а) вычисление стоимости покупок в магазине б) вычисление суммы сдачи от данных Вами продавцу денег в) определение времени показа по телевизору интересующего Вас фильма г) вычисление площади треугольника д) определение времени падения кирпича с крыши дома е) определение месячной платы за расход электроэнергии ж) перевод русского текста на итальянский язык з) перевод итальянского текста на русский язык
|
Открытый урок по
информатике в 9 классе.
Тема: «Понятие
алгоритма».
Цель урока: Работа над понятием «алгоритм».
Задачи:
- Образовательные
-Рассмотреть проблему определения понятия
«алгоритм»;
-Познакомить учащихся с понятием «алгоритм»;
-История термина;
-Организовать совместную деятельность по
изучению свойств алгоритма;
— Рассмотреть виды алгоритмов;
— Исполнитель алгоритма, система команд
алгоритма;
— Изучить формы записи алгоритмов;
-Формирование навыков составления
алгоритмов посредством команд (шагов);
- Развивающие
— Формирование устойчивой познавательной
учебной деятельности:
-Развитие
познавательного интереса, творческой активности учащихся;
-Развитие у
школьников умения правильно излагать мысли;
-Развитие
учебно-организационных умений: организовать себя на выполнение поставленной
задачи, осуществлять самоконтроль и самоанализ учебной деятельности;
-Развитие навыков
самостоятельной работы;
-Способствовать
развитию коммуникативности;
-Развивать алгоритмическое, логическое
мышление, память, внимание.
- Воспитательные
-Воспитать умение работать в группе;
-Способствовать формированию
познавательного интереса к предмету, потребность пользоваться дополнительной
литературой;
-Воспитывать этические нормы общения,
дисциплинированность, ответственность.
Тип урока: изучение нового материала.
Материальное обеспечение:
- компьютерный класс (один компьютер на одного учащегося);
- мультимедиа проектор;
- презентация по теме;
- кроссворд по теме;
- электронный тест.
План урока:
|
№ п/п |
Ход занятия |
Содержание |
Форма организации учебной |
Время |
|
|
Организационный момент и постановка цели |
Оценка внешнего вида, приветствие, |
2 мин |
|
|
|
Проверка знаний ранее изученного материала |
· Проверка знаний по теме «Управление · Повторение правил по |
§ Кроссворд § Мозговой штурм |
10 мин 3 мин |
|
|
Изучение нового материала |
§ Объяснение учителем новой |
Эвристическая беседа |
5 мин |
|
|
Самостоятельная работа |
· Тест |
Индивидуализированная работа за |
10 мин |
|
|
Анализ и рефлексия |
· Подведение итогов |
3 мин |
|
|
|
Инструктаж по домашнему заданию |
· Информация о |
2 мин |
Ход урока:
1. Организационный момент и
постановка цели урока
— Здравствуйте, ребята! Урок сегодня у нас
не совсем обычный, на нем присутствуют гости. И мы должны с вами активизировать
свою мыслительную деятельность и продемонстрировать хорошие знания и умения.
Наш урок сегодня будет посвящен изучению новой темы, название которой вы
узнаете, разгадав кроссворд (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).
— Прежде чем мы перейдем к изучению новой
темы, повторим основные понятия изученной на прошлом уроке темы «Управление и
кибернетика».
2. Проверка знаний ранее изученного
материала
Фронтальный опрос:
- Что изучает наука
кибернетика? (Кибернетика — наука об общих свойствах
процессов управления в живых и неживых системах). - Кто был основателем
кибернетики? В каком году вышла первая книга по кибернетике?
(Американский математик Норберт Винер, в 1948 году) - А кто помнит, как она
называлась? («Кибернетика, или Управление и связь в животном и
машине») - Что такое управление? (Управление
есть целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются
управляющими, на другие объекты — управляемые). - Что представляет
собой управляющее воздействие с точки зрения кибернетики? (С
кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует
рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд). - Что такое алгоритм
управления? (Последовательность команд по управлению объектом,
приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления). - Что такое обратная
связь в процессе управления? (Обратная связь — это процесс
передачи и информации о состоянии объекта управления к управляющему
объекту). - Какую структуру имеет
управляющий алгоритм без обратной связи? - Какую структуру могут
иметь управляющие алгоритмы при наличии обратной связи? - Что такое система с
программным управлением? (Системы, в которых роль управляющего
поручается компьютеру, называется автоматическими системами с программным
управлением). - В чем различия между
автоматизированными системами управления (АСУ) и системами автоматического
управления (САУ)? (АСУ работают вместе с человеком, САУ без
непосредственного участия человека). - Какие аппаратные
компоненты входят в систему управления техническими устройствами с помощью
ЭВМ?
(ЭВМ, объект управления, ЦАП и АЦП) - Для чего нужны
устройства ЦАП и АЦП? (ЦАП-цифроаналоговый преобразователь, АЦП —
аналого-цифровой преобразователь).
3. Изучение нового материала (ПРИЛОЖЕНИЕ 2)
—
Молодцы! А теперь запишите в тетрадь число и тему урока: «Понятие алгоритма».
Происхождение понятия алгоритма связано с
именем великого среднеазиатского ученого Аль Хорезми, жившего в 9 веке
н.э. Им были сформулированы впервые правила выполнения четырех арифметических
действий.
Учитель: Вы решили порадовать маму и в день её
рождения испечь любимый торт. Для этого вы возьмете кулинарную книгу и найдете
там подходящий рецепт. Например такой (на экране):
Торт “Весна”
Для теста: 200
г маргарина, 200 г сметаны, 3 стакана муки, 1 ч.л. соли.
Для бисквита: 4 яйца, 1 стакан сахара, 1 стакан муки.
Для начинки: 1 стакан яблочного конфитюра, полстакана
сахарной пудры.
Муку и масло положить в миску, порубить
ножом, чтобы получилась маслянистая крупа, влить сметану, смешанную солью. И
быстро замесить тесто. Разложить его на смазанный маслом противень ровным
слоем, прижимая пальцами, поставить в хорошо нагретую духовку и слегка
подрумянить. Затем вынуть. Смазать яблочной начинкой, сверху залить ровным
слоем смеси для бисквита. Снова поставить в печь, убавив огонь. Когда бисквит
зарумянится и пропечется, вынуть торт, и обсыпать сахарной пудрой. (Слайд 5)
Учитель: Чтобы приготовить торт нам нужно выполнить
определенную последовательность действий, описанных в рецепте. А еще давайте
вспомним правила решения квадратных уравнений (слайд 6).
Последовательность действий в этих двух
примерах принято называть алгоритмом.
Учитель: Наша учеба, работа, личные дела — это
каждодневное, ежечасное решение различных задач. Каждая задача требует для
своего решения выполнения определенных действий. Многократно решая задачи,
можно заметить, что необходимые действия должны выполняться в строго
определенном порядке. В таких случаях принято говорить об алгоритме решения
задач. Понятие алгоритма считается одним из древнейших. Оно возникло задолго до
появления ЭВМ, но с развитием вычислительной техники его роль значительно
возросла.
Определения алгоритма
Единого «истинного»
определения понятия «алгоритм» нет.
«Алгоритм — это конечный набор
правил, который определяет последовательность операций для решения конкретного
множества задач и обладает пятью важными чертами: конечность, определённость,
ввод, вывод, эффективность». (Дональд
Эрвин Кнут — Дональд Эрвин Кнут (англ. Donald Ervin Knuth, родился 10 января 1938) — американский учёный, почётный профессор Стэнфордского университета и нескольких других
университетов в разных странах, преподаватель и идеолог программирования, автор 19 монографий (в том числе
ряда классических книг по программированию) и более 160 статей, разработчик
нескольких известных программных технологий. Автор всемирно известной серии
книг, посвящённой основным алгоритмам и методам вычислительной математики, а также
создатель настольных издательских систем TEX и METAFONT,
предназначенных для набора и вёрстки книг, посвящённых технической тематике (в
первую очередь — физико-математических).
Большее влияние на юного Дональда Кнута
оказали работы Андрея Петровича Ершова, впоследствии его
друга.
«Это началось ещё когда я был студентом
последнего курса. Тогда только появилась книга Андрея «Программирование для БЭСМ»,
и мы, группа студентов, смогли убедить преподавателя русского языка включить её
в курс в качестве одного из двух сборников текстов для изучения научной
лексики.»
Профессор Кнут удостоен многочисленных
премий и наград в области программирования и вычислительной математики, среди
которых Премия Тьюринга (1974), Medal of Science президента
Картера и AMS Steele Prize за серию научно-популярных статей, Премии Киото (1996) за достижения в
области передовых технологий, Премия имени Грейс Мюррей Хоппер
(1971).)
«Алгоритм — это всякая система
вычислений, выполняемых по строго определённым правилам, которая после
какого-либо числа шагов заведомо приводит к решению поставленной задачи». (А. Колмогоров — Андрéй Николáевич Колмогóров (12 (25) апреля 1903, Тамбов — 20 октября 1987, Москва) — выдающийся отечественный математик, доктор физико-математических наук, профессор Московского Государственного
Университета (1931),
академик Академии Наук СССР (1939). Колмогоров —
один из основоположников современной теории вероятностей, им получены
фундаментальные результаты в топологии, математической логике, теории
турбулентности, теории
сложности алгоритмов и ряде других областей математики и её
приложений.)
«Алгоритм — это точное
предписание, определяющее вычислительный процесс, идущий от варьируемых
исходных данных к искомому результату». (А. Марков
— Андре́й
Андре́евич Ма́рков
(22 сентября 1903 — 11 октября 1979) — советский математик, сын известного русского математика А. А. Маркова. Окончил Восьмую
Петроградскую Гимназию в 1919 году; Ленинградский
Университет в 1924 году; аспирантуру в Астрономическом Институте (Ленинград) в 1928 году.
Ученая степень доктора
физико-математических наук присвоена без защиты диссертации в 1935 году.
Член-корреспондент Академии наук СССР с 1953 года.)
«Алгоритм — строго
детерминированная последовательность действий, описывающая процесс преобразования
объекта из начального состояния в конечное, записанная с помощью понятных
исполнителю команд». (Николай Дмитриевич Угринович)
«Алгоритм — это строго
определенная последовательность действий, направленная на достижение
определенных целей за конечное число шагов». (Привалов Егор Николаевич)
Алгоритм — это точная инструкция, а инструкции
встречаются во всех областях человеческой деятельности. Однако не всякую
инструкцию можно назвать алгоритмом. Решая задачу, человек часто не
задумывается над тем, как он это делает, и порой, затрудняется записать
последовательность выполняемых действий. Но для того, чтобы поручить решение
задачи автоматическому устройству необходимо составить алгоритм с четким
указанием последовательности действий. Чтобы автоматическое устройство могло
решить задачу в соответствии с алгоритмом, оно должно понимать каждое указание
алгоритма. Алгоритм применяется к искомому набору исходных величин, называемых
аргументами. Цель исполнения алгоритма получение определенного результата, если
в результате исполнения алгоритма не достигнута определенная цель, значит
алгоритм либо неверен, либо не завершен.
Алгоритмом называется точная
инструкция исполнителю в понятной для него форме, определяющая процесс
достижения поставленной цели на основе имеющихся исходных данных за конечное
число шагов.
Для изучения свойств алгоритмов учитель
организует работу учащихся таким образом, чтобы они сами их выявили. Класс
делится на несколько групп. Каждая группа должна составить подробную инструкцию
для какого-либо действия: заваривание чая, решение уравнения, переход дороги
по светофору, лепка снеговика, рисование круга на компьютере, перевод
натуральных чисел из десятичной системы счисления в двоичную, решение
логической задачи «Волк, коза и капуста» и др. Инструкцию ученики оформляют
на альбомных листах. Инструкции учащихся вывешиваются на доске и обсуждаются по
следующим вопросам:
§
Все ли
инструкции просты и понятны? (понятность)
§
Все ли
команды четко прописаны и в правильной последовательности? (детерминированность)
§
Что общего
во всех этих инструкциях? (дискретность)
§
Что
получается после выполнения каждого алгоритма? (результативность)
§
Можно ли
один алгоритм, например инструкцию по завариванию чая, применить для выполнения
аналогичного действия, например заваривания травяного сбора? (массовость)
Основными свойствами алгоритмов
являются:
1. Универсальность (массовость) —
применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.
2. Дискретность — процесс решения
задачи по алгоритму разбит на отдельные действия.
3. Однозначность (определенность,
детерминированность) — правила и порядок выполнения действий алгоритма
имеют единственное толкование.
4. Результативность (конечность)— по
завершении выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.
5. Понятность и выполнимость —
результата алгоритма достигается за конечное число шагов.
Способы записи алгоритмов
Для записи алгоритмов используют самые
разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого
алгоритма. Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:
-вербальный (словесный), когда алгоритм
описывается на человеческом языке;
-псевдокоды, когда алгоритм описывается с
помощью набора символов;
-графический (язык блок-схем), когда
алгоритм описывается с помощью набора графических изображений.
— программа, тексты на языках
программирования.
4. Самостоятельная работа (ПРИЛОЖЕНИЕ 3)
Электронный тест на закрепление изученного
материала по теме
«Управление и кибернетика. Алгоритмы».
1. Наука
об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах?
1)
менеджмент;
2)
кибернетика;
3)
информатика;
4)
математика.
2. Основатель
кибернетики?
1)
Джон фон Нейман;
2)
Блез Паскаль;
3)
Норберт Винер;
4)
Чарльз Беббидж.
3. В
каком году вышла первая книга по кибернетике?
1)
1984
2)
1848
3)
1948
4)
1884
4. Что
такое алгоритм?
1)
последовательность
действий, приводящая к достижению заранее поставленной цели;
2)
знания,
сведения, которые получает человек из различных источников;
3)
некоторое
упрощенное подобие реального объекта;
4)
процесс,
связанный с получением, хранением, обработкой и передачей информации.
5. Свойствами
алгоритма являются:
1)
новизна,
понятность, массовость, дискретность, результативность;
2)
дискретность,
результативность, детерминированность, массовость, понятность;
3)
массовость,
понятность, условность, четкость, однозначность;
4)
четкость,
однозначность, массовость, дискретность, результативность.
6. Расчлененность
алгоритма на отдельные шаги, возможность выполнения которых исполнителем не
вызывает сомнений, отражена в свойстве алгоритма, которое называется:
1)
однозначностью;
2)
результативностью;
3)
понятностью;
4)
дискретностью.
7. Какое
из ниже перечисленных свойств не относится к основным свойствам алгоритма?
1)
Результативность;
2)
Массовость;
3)
Корректность;
4)
Определенность.
8. Представление
алгоритма с помощью символов языка устно или письменно называется:
1)
словесным;
2)
графическим;
3)
программным;
4)
псевдокоды.
9. Запись
алгоритма в виде последовательности команд компьютеру называется:
1)
вербальной;
2)
словесной;
3)
графической;
4)
программной.
10. Возможность
применения алгоритма для решения целого класса типовых задач обеспечивает
свойство:
1)
Результативность;
2)
Массовость;
3)
Понятность;
4)
Определенность.
5.
Анализ и рефлексия.
Дайте ответы на следующие вопросы:
§
Что нового мы
изучили на уроке?
§
Зачем нужны
алгоритмы?
§
Какую практическую
значимость имеют полученные знания?
§
Что вам удалось
сделать на уроке?
§
Были ли вы
успешны во время урока?
Детям выставляются отметки за урок с
комментариями.
6. Инструктаж
по домашнему заданию.
Домашнее задание: § 40. Составить
алгоритм (на выбор):
§
Алгоритм чтения
параграфа;
§
Алгоритм
повторения (через 15 минут, 6 часов и день);
§
Алгоритм
подготовки и выступления.
1. Алгоритм чтения параграфа
Существует множество алгоритмов чтения.
Многие из них требуют специальной подготовки. Как, например, интегральный
алгоритм чтения, предложенный в методике изучения быстрого чтения. Чтобы
правильно применить интегральный алгоритм, нужны месяцы тренировки. Но есть и
такие алгоритмы, которые не требуют подготовки и результат его эффективного
действия виден сразу. Ниже дан пример такого алгоритма.
Алгоритм “ОЧОГ” — сокращенное название по
первым буквам.
О — ориентировка. Прочитайте текст с целью
понять его главные мысли. Если надо, подчеркните их, выпишите, повторите в
памяти.
Ч—чтение. Прочитайте текст еще раз очень
внимательно и постарайтесь выделить второстепенные детали. Установите связь
между ними и главными мыслями. Несколько раз повторите в памяти главные мысли в
их связи с второстепенными.
О — обзор. Быстро просмотрите текст.
Проверьте, правильно ли вы связали главные мысли с соответствующими
второстепенными деталями. Чтобы углубить понимание текста, поставьте вопросы к
главным мыслям.
Г — главное. Мысленно перескажите текст или
еще лучше, перескажите его кому-нибудь вслух, вспоминая при этом главные мысли.
Дайте ответы на поставленные вопросы.
Как работает этот алгоритм? В данном
алгоритме главные мысли повторяются четыре раза, естественно они лучше
запомнятся. Кроме того, запоминание происходит систематизировано. А
второстепенное, даже через большой интервал времени, всплывает в памяти как
образное припоминания при вспоминании главных мыслей.
По такому алгоритму эффективно
организовывать работу с параграфом учащихся на уроке и дома.
2. Алгоритм повторения
Алгоритм повторения самый простой и
наиболее эффективный алгоритм в учебной деятельности. Сначала для понимания
сущности алгоритма нужно рассказать учащимся теоретические сведения об
особенности памяти [3], о том, что запоминание идет через повторение.
Рассказать об эффективных интервалах повторения. Например, у ученика через
неделю экзамен, как организовать эффективный способ изучения материала.
Прочитать в первый день, повторить во второй, затем в третий и так далее до
начала экзаменов. Или прочитать в первый и повторить перед экзаменом. Как
эффективнее?
Для лучшего запоминания установлены
эффективные интервалы повторения. Это через 15 минут, 6 часов и день. Т.е.
после изучения новой темы, для лучшего запоминания, ученик должен вечером дома
(через 6 часов после занятий) повторить учебный материал, и еще через день. В
данном случае обеспечивается наилучшая прочность знаний. Оговоримся, что
интервал в пятнадцать минут обеспечивает сам учитель на уроке.
3. Алгоритм подготовки и
выступления
Как донести свои мысли до окружающих? Как
подготовить выступление, чтобы тебя слушали с интересом? Каков должен быть ход
изложения мысли?
Существуют множество алгоритмов подготовки
выступления, чтения лекций, управления семинарскими занятиями.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Вопросы:
1)
Знания,
сведения, которые получает человек из различных источников.
2)
Некоторое
упрощенное подобие реального объекта.
3)
Указание на
последовательность действий, которую должен выполнить компьютер, чтобы решить
поставленную задачу обработки информации.
4)
Центральное
устройство компьютера, отвечающее за обработку информации всех видов.
5)
Наука об общих
свойствах процессов управления в живых и неживых системах.
6)
Американский
математик, основатель кибернетики.
7)
Универсальное
техническое устройство, предназначенное для работы с информацией.
Устройство
хранения информации на компьютере.
Известно, что первым
программистом была женщина — леди Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона. Она
разрабатывала программы для одного из первых механических компьютеров,
созданного в начале прошлого века английским ученым Чарльзом Беббиджом. Однако
настоящее программирование в современном понимании началось с момента создания
первой электронной вычислительной машины. Но тем не менее, имя
этой замечательной женщины — Ada — присвоено одному из самых мощных современных ЯП, который является
базовым для министерства обороны США.
2. История развития ЯП. Этапы развития
языков программирования. Классификация ЯП.
Первые ЭВМ,
созданные человеком, имели небольшой набор команд и встроенных типов данных, но
позволяли выполнять программы на машинном языке. Машинный язык (МЯ) —
единственный язык, понятный ЭВМ. Он реализуется аппаратно: каждую команду
выполняет некоторое электронное устройство. Программа на МЯ представляет собой
последовательность команд и данных, заданных в цифровом виде. Например, команда
вида 1А12 в 16-ричном виде или 0001101000010010 в двоичном виде
означает операцию сложения (1А) содержимого регистров 1 и 2.
Данные на МЯ
представлены числами и символами. Операции являются элементарными и из них
строится вся программа. Ввод программы в цифровом виде производился
непосредственно в память с пульта ЭВМ либо с примитивных устройств ввода.
Естественно, что процесс программирования был очень трудоемким, разобраться в
программе даже автору было довольно сложно, а эффект от применения ЭВМ был
довольно низким. Этот этап в развитии ЯП показал, что программирование является
сложной проблемой, трудно поддающейся автоматизации, но именно программное обеспечение
определяет в конечном счете эффективность применения ЭВМ. Поэтому на всех
последующих этапах усилия направлялись на совершенствование интерфейса
между программистом и ЭВМ — языка программирования.
Стремление программистов оперировать не цифрами, а символами, привело к
созданию мнемонического языка программирования, который называют ассемблером,
мнемокодом, автокодом. Этот язык имеет определенный синтаксис записи
программ, в котором, в частности, цифровой код операции заменен мнемоническим
кодом. Например, команда сложения записывается в виде AR 1,2 и означает сложение (Addition) типа регистр-регистр (Register) для регистров 1 и 2. Теперь
программа имеет более удобночитаемую форму, но ее не понимает ЭВМ. Поэтому
понадобилось создать специальную программу транслятор, который
преобразует программу с языка ассемблера на МЯ. Эта проблема потребовала, в
свою очередь, глубоких научных исследований и разработки различных теорий,
например теорию формальных языков, которые легли в основу создания
трансляторов. Практически любой класс ЭВМ имеет свой язык ассемблера. На
сегодняшний день язык ассемблера используется для создания системных программ,
использующих специфические аппаратные возможности данного класса ЭВМ.
Следующий
этап характеризуется созданием языков высокого уровня (ЯВУ). Эти языки
являются универсальными (на них можно создавать любые прикладные программы) и
алгоритмически полными, имеют более широкий спектр типов данных и операций,
поддерживают технологии программирования. На этих языках создается неисчислимое
множество различных прикладных программ.
Принципиальными отличиями ЯВУ от языков низкого
уровня являются:
· использование
переменных;
· возможность
записи сложных выражений;
· расширяемость
типов данных за счет конструирования новых типов из базовых;
· расширяемость
набора операций за счет подключения библиотек подпрограмм;
· слабая
зависимость от типа ЭВМ.
С усложнением ЯП
усложняются и трансляторы для них. Теперь в набор инструментов программиста,
кроме транслятора, входит текстовый редактор для ввода текста программ,
отладчик для устранения ошибок, библиотекарь для создания библиотек программных
модулей и множество других служебных программ. Все вместе это называется системой
программирования. Наиболее яркими представителями ЯВУ являются FORTRAN, PL/1, Pascal, C, Basic, Ada.
Может возникнуть
вопрос: почему создано столько различных языков одного класса? Почему нельзя
создать один язык на все случаи жизни? Ответ на этот вопрос может быть таким
же, как и на вопрос о различных языках народов мира: так уж получилось. Каждый
из разработчиков ЯВУ стремился создать самый лучший и самый универсальный язык,
который позволял бы быстро получать самые эффективные, надежные и безошибочные
программы. Однако в процессе этого поиска выяснилось, что дело не в самом
языке, а в технологии его использования. Поэтому дальнейшее развитие языков
стало определяться новыми технологиями программирования.
Одновременно с
развитием универсальных ЯВУ стали развиваться проблемно-ориентированные ЯП,
которые решали экономические задачи (COBOL), задачи реального времени (Modula-2, Ada), символьной обработки (Snobol), моделирования (GPSS, Simula, SmallTalk), численно-аналитические задачи (Analitic) и другие. Эти специализированные языки
позволяли более адекватно описывать объекты и явления реального мира, приближая
язык программирования к языку специалиста в проблемной области.
Другим направлением
развития ЯП является создание языков сверхвысокого уровня (ЯСВУ).
На языке высокого
уровня программист задает процедуру (алгоритм) получения результата по
известным исходным данным, поэтому они называются процедурными ЯП.
На ЯСВУ программист
задает отношения между объектами в программе, например систему линейных
уравнений, и определяет, что нужно найти, но не задает как получить
результат. Такие языки еще называют непроцедурными, т.к. сама
процедура поиска решения встроена в язык (в его интерпретатор). Такие языки
используются, например, для решения задач искусственного интеллекта (Lisp, Prolog) и позволяют моделировать мыслительную
деятельность человека в процессе поиска решений.
К непроцедурным языкам
относят и языки запросов систем управления базами данных (QBE, SQL).
«Мы редко до конца понимаем, чего мы в действительности хоти».
Франсуа де Ларошфуко
«Алгоритм должен быть определен настолько четко,
чтобы его указаниям мог следовать даже компьютер».
Дональд Э. Кнут
Дата:
Класс: 9
Тема урока: Определение и свойства алгоритма
Тип урока: Изучение нового материала
Вид урока: Комбинированный
Цели урока:
Образовательные:
-
Сформировать понятия «алгоритм», «исполнитель алгоритмов», «свойства алгоритма»;
-
Способствовать использованию этих понятий при решении задач, для которых ответом является не число или утверждение, а описание последовательности действий;
Развивающие:
-
Способствовать развитию алгоритмического и логического мышления;
-
Способствовать развитию творческой активности учащихся, интереса к предмету;
-
Способствовать развитию умения планировать последовательность действий для достижения поставленной цели;
-
Способствовать развитию умения применять ранее полученные знания при изучении нового материала.
Воспитательные:
-
Способствовать формированию познавательного интереса как компонента учебной мотивации;
-
Способствовать повышению у учащихся интереса к историческим событиям, связанным с происхождениями изучаемых терминов, понятий, законов;
-
Способствовать развитию навыков сознательного и рационального использования ЭВМ в своей учебной деятельности.
Методы и приемы обучения: объяснительно — иллюстративный; частично -поисковый; словесный (фронтальная беседа); наглядный (демонстрация компьютерной презентации); практический (демонстрация хода решения задач).
Средства обучения: авторская презентация; учебник («Информатика. 9 класс» Семакин И. Г.); технические (ЭВМ, мультимедиа проектор с экраном).
Оборудование: доска, компьютер, мультимедийная установка.
План урока:
-
Орг. момент
-
Актуализация опорных знаний
-
Изучение нового материала
-
Первичное закрепление
-
Рефлексивный тест
-
Домашнее задание
-
Итог урока
Ход урока:
-
Организационный момент.
Приветствие.
Проверка присутствия всех учащихся.
Сообщение учащимся даты, темы, плана урока, цели урока.
Цель: Сформировать понятия «алгоритм», «исполнитель алгоритмов»; изучить все свойства алгоритма и раскрыть их сущность на примерах.
-
Актуализация опорных знаний.
А) (фронтально – устный опрос).
— Что такое кибернетика?
— Расскажите о происхождении слова кибернетика?
— Кто такой Норберт Винер? Каков его вклад в развитие науки кибернетики?
— Что такое управление?
— Что такое управляющий объект?
— Что такое управляемый объект?
— Что такое управление с обратной связью? Приведите примеры.
— Что такое управление с прямой связью? Приведите примеры.
Б) В приведённом ниже списке найдите соответствие между управляющим и управляемым объектами и заполните таблицу: оркестр, лошадь, тренер, наездник, актёр, дирижёр, водитель, режиссёр, спортсмен, автобус.
В) Первоклассник пришёл домой и увидел, что мама оставила ему записку с информацией о том, как разогреть обед: — открой холодильник, — достань из холодильника жёлтую кастрюлю, — поставь кастрюлю на газовую плиту, — зажги газ, — подожди 5 минут, — выключи газ, — налей из кастрюли суп в тарелку. К какому типу относится данный алгоритм (с обратной связью или без обратной связи?) Поясните свой ответ. |
||||||
3. Изучение нового материала.
(При объяснении новой темы осуществляется демонстрация слайдов презентации.)
— В своей жизни мы встречаемся с различными практическими задачами: например, приготовление обеда, решение уравнения, покупка продуктов и т.д. При решении любой задачи человек выполняет некоторую последовательность действий. Приведите примеры.
— Какую последовательность действий нужно выполнить, чтобы позвонить по телефону автомату?
— 1. Вставить телефонную карточку.
2. Снять трубку
3. Набрать номер
— Хорошо, эту последовательность действий может выполнить каждый из вас. Так вот эта последовательность и называется алгоритмом. Давайте запишем определение. (Запись).
В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных.
Алгоритмом называется точная инструкция исполнителю в понятной для него форме, определяющая процесс достижения поставленной цели на основе имеющихся исходных данных за конечное число шагов.
— Современный научный термин «алгоритм» произошел от имени величайшего ученого Мухамада ибн Муссы аль — Хорезми, первым предложившего приемы выполнения арифметических операций с многозначными числами.
Он написал ряд трактатов по арифметике и алгебре, в том числе книгу «Арифметика индусскими цифрами». Из нее европейцы научились индийскому счету с помощью десяти цифр и узнали правила арифметических действий над ними. Она произвели в те времена столь огромное впечатление на математиков, что само имя ученого аль-Хорезми, указывающее на его происхождение из среднеазиатского государства Хорезм (области в нынешнем Узбекистане), в их устах превратилось в понятие algorithmi, первоначально обозначавшее десятичную систему исчисления и правила арифметических действий в этой системе. Отсюда и возник современный научный термин «алгоритм». Сейчас под алгоритмом понимают точное предписание, определяющее путь к достижению поставленной цели.
— Давайте вспомним, где вы уже встречались с алгоритмами?
На информатике (этапы решения задач), на математике (решение уравнения) и т.д.
— Хорошо, а теперь запишем следующее определение:
Исполнитель – некий объект или субъект, для управления которым составлен алгоритм.
— А теперь подумайте, сможет ли алгоритм решения квадратного уравнения выполнить младший школьник?
— Нет.
— Какой можно сделать вывод?
— Алгоритм может выполнить тот, кто понимает все его команды и может их выполнить.
— Таким образом, мы видим, что алгоритм не имеет смысла, если неизвестны или не учитываются возможности того, кто будет исполнять этот алгоритм, то есть возможности исполнителя. Поэтому нам потребуется еще одно определение «Система Команд Исполнителя»:
Система команд исполнителя (СКИ) – это вся совокупность команд, которые исполнитель умеет выполнять (понимает). Алгоритм можно строить только из команд, входящих в СКИ исполнителя.
— Система команд исполнителя – совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнить. Как вы думаете, кто может служить исполнителем алгоритма?
— Человек, автомат, компьютер, машина и т.д.
— Таким образом, каждый алгоритм должен быть понятен исполнителю, поэтому алгоритм должен быть записан на понятном для исполнителя языке, и эта запись называется программой. Запишем:
Программа — это алгоритм, записанный на языке исполнителя.
— Каждая ли последовательность действий является алгоритмом?
— Чтобы некая последовательность действий являлась алгоритмом необходимо, чтобы все описанные действия в этой последовательности были понятны и допустимы для исполнителя, а также необходимо, чтобы эта последовательность действий удовлетворяла следующим условиям. Эти условия мы назовем свойствами алгоритма. Рассмотрим их:
Для изучения свойств алгоритмов организуется работа учащихся таким образом, чтобы они сами их выявили. Класс делится на несколько групп. Каждая группа должна составить подробную инструкцию для какого-либо действия: заваривание чая, решение уравнения, переход дороги по светофору, лепка снеговика, рисование круга на компьютере, решение логической задачи «Волк, коза и капуста» и др. Инструкцию ученики оформляют в тетради. Инструкции учащихся зачитываются и обсуждаются по следующим вопросам:
-
Все ли инструкции просты и понятны? (понятность)
-
Все ли команды четко прописаны и в правильной последовательности? (детерминированность)
-
Что общего во всех этих инструкциях? (дискретность)
-
Что получается после выполнения каждого алгоритма? (результативность)
-
Можно ли один алгоритм, например инструкцию по завариванию чая, применить для выполнения аналогичного действия, например заваривания травяного сбора? (массовость)
Основными свойствами алгоритмов являются:
1. Универсальность (массовость) — применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.
2. Дискретность — процесс решения задачи по алгоритму разбит на отдельные действия.
3. Однозначность (определенность, детерминированность) — правила и порядок выполнения действий алгоритма имеют единственное толкование.
4. Результативность (конечность)— по завершении выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.
5. Понятность и выполнимость — результата алгоритма достигается за конечное число шагов.
Способы записи алгоритмов
Для записи алгоритмов используют самые разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого алгоритма. Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:
-вербальный (словесный), когда алгоритм описывается на человеческом языке;
-псевдокоды, когда алгоритм описывается с помощью набора символов;
-графический (язык блок-схем), когда алгоритм описывается с помощью набора графических изображений.
— программа, тексты на языках программирования.
Дискретность (прерывистость, разделённость) – любой алгоритм состоит из отдельных шагов. Каждое следующее действие выполняется после того, как выполнится предыдущее.
— Как вы понимаете это свойство?
Пример: Чтобы вскипятить воду необходимо: налить воду в чайник, зажечь газ, поставить чайник на огонь, выключить газ.
— Что произойдёт если переставить местами некоторые шаги?
— Алгоритм потеряет смысл, т.к. будет невозможно выполнить некоторые действия именно в этой последовательности – выключить газ, налить воду в чайник, поставить чайник на огонь, включить газ.
Детерминированность (точность) – каждое действие алгоритма однозначно и точно определено.
Пример: Алгоритм приготовления супа:
-
Сварить мясо.
-
Посолить.
-
Добавить картофель.
-
Добавить рожки.
-
Добавить приправы и специи.
— Почему эта последовательность действий не является алгоритмом?
— Потому что, не указано сколько граммов каждого продукта необходимо, т.е. с помощью этой последовательности действий нельзя сварить суп.
Результативность – алгоритм должен приводить к какому-то результату и не должен содержать ошибок.
— Пример: Деление чисел в столбик (23:2): Если деление закончилось, а в остатке 0 не получился, то делим до нужного количества знаков после запятой, иначе, если закончилось деление, сообщить что в остатке получилось какое-то число (1).
— Пример ошибки в алгоритме: необходимо некоему объекту в игре идти прямо и при встрече преграды обойти её с правой стороны. Если при некоторых обстоятельствах справа находится преграда, то объект не будет «знать» как поступить в этой ситуации, т.е. это и есть ошибка в алгоритме – в алгоритме не описано, как нужно поступить в такой ситуации (Например, чтобы исправить эту ошибку, нужно добавить в алгоритм следующее действие: обойти слева или развернуться и идти назад).
Массовость – один и тот же алгоритм можно использовать для различных исходных данных.
— Пример: Алгоритм открытия двери применим к любой двери с такой же системой замка. Аналогично, можно найти параграф в любой книге, пользуясь одним и тем же алгоритмом нахождения параграфа из оглавления книги.
— Пример: Решение однотипных задач.
Понятность – каждое действие алгоритма должно быть понятно исполнителю.
— У каждого исполнителя есть своя СКИ, т.е. те команды, которые допустимы и выполнимы для этого исполнителя.
— Пример: Пусть требуется решить уравнение вида ax2 + bx + c = 0. Ученик десятого класса, который хорошо знает, как решать квадратные уравнения, не нуждается в объяснениях. Для него алгоритм решения будет состоять из двух действий:
-
Решить уравнение.
-
Сообщить результат.
Для ученика восьмого класса, который еще не знает формулу вычисления корней квадратного уравнения, придется написать более длинную инструкцию:
-
Вычислить значение выражения b2 – 4ac (дискриминант уравнения).
-
Извлечь из полученного числа квадратный корень и обозначить результат буквой р.
-
Вычислить значение выражения (–b+р)/2a и обозначить результат x1.
-
Вычислить значение выражения (–b–р)/2a и обозначить результат x2.
-
Сообщить числа x1 и x2.
Для пятиклассника, который не умеет извлекать квадратный корень, тоже можно составить алгоритм решения нашего уравнения. Этот алгоритм будет очень длинным и сложным. Как видите, чем меньше запас умений школьника, тем подробнее будет составленный для него алгоритм.
— Пример: Не известные команды данные собаке она выполнить не сможет, т.к. эти команды не допустимы и не понятны для собаки, т.е. не входят в её СКИ.
— Итак, мы рассмотрели свойства алгоритмов, давайте еще раз их перечислим.
Дискретность, точность, понятность, результативность, массовость.
— Все эти свойства с другой стороны можно рассматривать, как требования к построению алгоритма, то есть когда вы будете строить алгоритм решения задачи вы должны следовать этим требованиям.
4. Первичное закрепление.
1. По приведенному алгоритму восстановите формулу для вычисления значения y:
Умножить x на x, обозначить результат R1.
Умножить R1 на a, обозначить результат R2.
Сложить R2 с b, обозначить результат R3.
Разделить R3 на c, считать результат значением y.
2.Какую задачу решает исполнитель, выполняя следующие команды:
Начертить отрезок АВ, длина которого равна 6 см.
Поставить ножку циркуля в точку А.
Установить раствор циркуля равным длине отрезка АВ.
Провести окружность.
Поставить ножку циркуля в точку В.
Провести окружность.
Через точки пересечения окружностей провести прямую.
Отметить точку пересечения этой прямой с отрезком АВ.
3. Опишите точный план действий, приводящий к решению следующей задачи:
1. Волк, коза и капуста. На берегу реки стоит крестьянин с лодкой, а рядом с ним – волк, коза и капуста. Крестьянин должен переправится сам, и перевезти волка, козу и капусту на другой берег. Однако, в лодку, кроме крестьянина, помещается либо волк, либо коза, либо только капуста. Оставлять же волка с козой или козу с капустой без присмотра нельзя – волк может съесть козу, а коза – капусту. Как должен вести себя крестьянин?
-
Постановка домашнего задания.
Параграф 27. Каждый получает лист с дифференцированными заданиями.
1. Запишите исполнителей для приведённых ниже видов работ:
|
Уборка мусора во дворе – Перевозка пассажиров в поезде – Выдача заработной платы – Приём экзаменов в школе – Сдача экзамена в университете – Набор текста на компьютере – Приготовление еды в ресторане –
а) вычисление стоимости покупок в магазине б) вычисление суммы сдачи от данных Вами продавцу денег в) определение времени показа по телевизору интересующего Вас фильма г) вычисление площади треугольника д) определение времени падения кирпича с крыши дома е) определение месячной платы за расход электроэнергии ж) перевод русского текста на итальянский язык з) перевод итальянского текста на русский язык
|
Открытый урок по
информатике в 9 классе.
Тема: «Понятие
алгоритма».
Цель урока: Работа над понятием «алгоритм».
Задачи:
- Образовательные
-Рассмотреть проблему определения понятия
«алгоритм»;
-Познакомить учащихся с понятием «алгоритм»;
-История термина;
-Организовать совместную деятельность по
изучению свойств алгоритма;
— Рассмотреть виды алгоритмов;
— Исполнитель алгоритма, система команд
алгоритма;
— Изучить формы записи алгоритмов;
-Формирование навыков составления
алгоритмов посредством команд (шагов);
- Развивающие
— Формирование устойчивой познавательной
учебной деятельности:
-Развитие
познавательного интереса, творческой активности учащихся;
-Развитие у
школьников умения правильно излагать мысли;
-Развитие
учебно-организационных умений: организовать себя на выполнение поставленной
задачи, осуществлять самоконтроль и самоанализ учебной деятельности;
-Развитие навыков
самостоятельной работы;
-Способствовать
развитию коммуникативности;
-Развивать алгоритмическое, логическое
мышление, память, внимание.
- Воспитательные
-Воспитать умение работать в группе;
-Способствовать формированию
познавательного интереса к предмету, потребность пользоваться дополнительной
литературой;
-Воспитывать этические нормы общения,
дисциплинированность, ответственность.
Тип урока: изучение нового материала.
Материальное обеспечение:
- компьютерный класс (один компьютер на одного учащегося);
- мультимедиа проектор;
- презентация по теме;
- кроссворд по теме;
- электронный тест.
План урока:
|
№ п/п |
Ход занятия |
Содержание |
Форма организации учебной |
Время |
|
|
Организационный момент и постановка цели |
Оценка внешнего вида, приветствие, |
2 мин |
|
|
|
Проверка знаний ранее изученного материала |
· Проверка знаний по теме «Управление · Повторение правил по |
§ Кроссворд § Мозговой штурм |
10 мин 3 мин |
|
|
Изучение нового материала |
§ Объяснение учителем новой |
Эвристическая беседа |
5 мин |
|
|
Самостоятельная работа |
· Тест |
Индивидуализированная работа за |
10 мин |
|
|
Анализ и рефлексия |
· Подведение итогов |
3 мин |
|
|
|
Инструктаж по домашнему заданию |
· Информация о |
2 мин |
Ход урока:
1. Организационный момент и
постановка цели урока
— Здравствуйте, ребята! Урок сегодня у нас
не совсем обычный, на нем присутствуют гости. И мы должны с вами активизировать
свою мыслительную деятельность и продемонстрировать хорошие знания и умения.
Наш урок сегодня будет посвящен изучению новой темы, название которой вы
узнаете, разгадав кроссворд (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).
— Прежде чем мы перейдем к изучению новой
темы, повторим основные понятия изученной на прошлом уроке темы «Управление и
кибернетика».
2. Проверка знаний ранее изученного
материала
Фронтальный опрос:
- Что изучает наука
кибернетика? (Кибернетика — наука об общих свойствах
процессов управления в живых и неживых системах). - Кто был основателем
кибернетики? В каком году вышла первая книга по кибернетике?
(Американский математик Норберт Винер, в 1948 году) - А кто помнит, как она
называлась? («Кибернетика, или Управление и связь в животном и
машине») - Что такое управление? (Управление
есть целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются
управляющими, на другие объекты — управляемые). - Что представляет
собой управляющее воздействие с точки зрения кибернетики? (С
кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует
рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд). - Что такое алгоритм
управления? (Последовательность команд по управлению объектом,
приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления). - Что такое обратная
связь в процессе управления? (Обратная связь — это процесс
передачи и информации о состоянии объекта управления к управляющему
объекту). - Какую структуру имеет
управляющий алгоритм без обратной связи? - Какую структуру могут
иметь управляющие алгоритмы при наличии обратной связи? - Что такое система с
программным управлением? (Системы, в которых роль управляющего
поручается компьютеру, называется автоматическими системами с программным
управлением). - В чем различия между
автоматизированными системами управления (АСУ) и системами автоматического
управления (САУ)? (АСУ работают вместе с человеком, САУ без
непосредственного участия человека). - Какие аппаратные
компоненты входят в систему управления техническими устройствами с помощью
ЭВМ?
(ЭВМ, объект управления, ЦАП и АЦП) - Для чего нужны
устройства ЦАП и АЦП? (ЦАП-цифроаналоговый преобразователь, АЦП —
аналого-цифровой преобразователь).
3. Изучение нового материала (ПРИЛОЖЕНИЕ 2)
—
Молодцы! А теперь запишите в тетрадь число и тему урока: «Понятие алгоритма».
Происхождение понятия алгоритма связано с
именем великого среднеазиатского ученого Аль Хорезми, жившего в 9 веке
н.э. Им были сформулированы впервые правила выполнения четырех арифметических
действий.
Учитель: Вы решили порадовать маму и в день её
рождения испечь любимый торт. Для этого вы возьмете кулинарную книгу и найдете
там подходящий рецепт. Например такой (на экране):
Торт “Весна”
Для теста: 200
г маргарина, 200 г сметаны, 3 стакана муки, 1 ч.л. соли.
Для бисквита: 4 яйца, 1 стакан сахара, 1 стакан муки.
Для начинки: 1 стакан яблочного конфитюра, полстакана
сахарной пудры.
Муку и масло положить в миску, порубить
ножом, чтобы получилась маслянистая крупа, влить сметану, смешанную солью. И
быстро замесить тесто. Разложить его на смазанный маслом противень ровным
слоем, прижимая пальцами, поставить в хорошо нагретую духовку и слегка
подрумянить. Затем вынуть. Смазать яблочной начинкой, сверху залить ровным
слоем смеси для бисквита. Снова поставить в печь, убавив огонь. Когда бисквит
зарумянится и пропечется, вынуть торт, и обсыпать сахарной пудрой. (Слайд 5)
Учитель: Чтобы приготовить торт нам нужно выполнить
определенную последовательность действий, описанных в рецепте. А еще давайте
вспомним правила решения квадратных уравнений (слайд 6).
Последовательность действий в этих двух
примерах принято называть алгоритмом.
Учитель: Наша учеба, работа, личные дела — это
каждодневное, ежечасное решение различных задач. Каждая задача требует для
своего решения выполнения определенных действий. Многократно решая задачи,
можно заметить, что необходимые действия должны выполняться в строго
определенном порядке. В таких случаях принято говорить об алгоритме решения
задач. Понятие алгоритма считается одним из древнейших. Оно возникло задолго до
появления ЭВМ, но с развитием вычислительной техники его роль значительно
возросла.
Определения алгоритма
Единого «истинного»
определения понятия «алгоритм» нет.
«Алгоритм — это конечный набор
правил, который определяет последовательность операций для решения конкретного
множества задач и обладает пятью важными чертами: конечность, определённость,
ввод, вывод, эффективность». (Дональд
Эрвин Кнут — Дональд Эрвин Кнут (англ. Donald Ervin Knuth, родился 10 января 1938) — американский учёный, почётный профессор Стэнфордского университета и нескольких других
университетов в разных странах, преподаватель и идеолог программирования, автор 19 монографий (в том числе
ряда классических книг по программированию) и более 160 статей, разработчик
нескольких известных программных технологий. Автор всемирно известной серии
книг, посвящённой основным алгоритмам и методам вычислительной математики, а также
создатель настольных издательских систем TEX и METAFONT,
предназначенных для набора и вёрстки книг, посвящённых технической тематике (в
первую очередь — физико-математических).
Большее влияние на юного Дональда Кнута
оказали работы Андрея Петровича Ершова, впоследствии его
друга.
«Это началось ещё когда я был студентом
последнего курса. Тогда только появилась книга Андрея «Программирование для БЭСМ»,
и мы, группа студентов, смогли убедить преподавателя русского языка включить её
в курс в качестве одного из двух сборников текстов для изучения научной
лексики.»
Профессор Кнут удостоен многочисленных
премий и наград в области программирования и вычислительной математики, среди
которых Премия Тьюринга (1974), Medal of Science президента
Картера и AMS Steele Prize за серию научно-популярных статей, Премии Киото (1996) за достижения в
области передовых технологий, Премия имени Грейс Мюррей Хоппер
(1971).)
«Алгоритм — это всякая система
вычислений, выполняемых по строго определённым правилам, которая после
какого-либо числа шагов заведомо приводит к решению поставленной задачи». (А. Колмогоров — Андрéй Николáевич Колмогóров (12 (25) апреля 1903, Тамбов — 20 октября 1987, Москва) — выдающийся отечественный математик, доктор физико-математических наук, профессор Московского Государственного
Университета (1931),
академик Академии Наук СССР (1939). Колмогоров —
один из основоположников современной теории вероятностей, им получены
фундаментальные результаты в топологии, математической логике, теории
турбулентности, теории
сложности алгоритмов и ряде других областей математики и её
приложений.)
«Алгоритм — это точное
предписание, определяющее вычислительный процесс, идущий от варьируемых
исходных данных к искомому результату». (А. Марков
— Андре́й
Андре́евич Ма́рков
(22 сентября 1903 — 11 октября 1979) — советский математик, сын известного русского математика А. А. Маркова. Окончил Восьмую
Петроградскую Гимназию в 1919 году; Ленинградский
Университет в 1924 году; аспирантуру в Астрономическом Институте (Ленинград) в 1928 году.
Ученая степень доктора
физико-математических наук присвоена без защиты диссертации в 1935 году.
Член-корреспондент Академии наук СССР с 1953 года.)
«Алгоритм — строго
детерминированная последовательность действий, описывающая процесс преобразования
объекта из начального состояния в конечное, записанная с помощью понятных
исполнителю команд». (Николай Дмитриевич Угринович)
«Алгоритм — это строго
определенная последовательность действий, направленная на достижение
определенных целей за конечное число шагов». (Привалов Егор Николаевич)
Алгоритм — это точная инструкция, а инструкции
встречаются во всех областях человеческой деятельности. Однако не всякую
инструкцию можно назвать алгоритмом. Решая задачу, человек часто не
задумывается над тем, как он это делает, и порой, затрудняется записать
последовательность выполняемых действий. Но для того, чтобы поручить решение
задачи автоматическому устройству необходимо составить алгоритм с четким
указанием последовательности действий. Чтобы автоматическое устройство могло
решить задачу в соответствии с алгоритмом, оно должно понимать каждое указание
алгоритма. Алгоритм применяется к искомому набору исходных величин, называемых
аргументами. Цель исполнения алгоритма получение определенного результата, если
в результате исполнения алгоритма не достигнута определенная цель, значит
алгоритм либо неверен, либо не завершен.
Алгоритмом называется точная
инструкция исполнителю в понятной для него форме, определяющая процесс
достижения поставленной цели на основе имеющихся исходных данных за конечное
число шагов.
Для изучения свойств алгоритмов учитель
организует работу учащихся таким образом, чтобы они сами их выявили. Класс
делится на несколько групп. Каждая группа должна составить подробную инструкцию
для какого-либо действия: заваривание чая, решение уравнения, переход дороги
по светофору, лепка снеговика, рисование круга на компьютере, перевод
натуральных чисел из десятичной системы счисления в двоичную, решение
логической задачи «Волк, коза и капуста» и др. Инструкцию ученики оформляют
на альбомных листах. Инструкции учащихся вывешиваются на доске и обсуждаются по
следующим вопросам:
§
Все ли
инструкции просты и понятны? (понятность)
§
Все ли
команды четко прописаны и в правильной последовательности? (детерминированность)
§
Что общего
во всех этих инструкциях? (дискретность)
§
Что
получается после выполнения каждого алгоритма? (результативность)
§
Можно ли
один алгоритм, например инструкцию по завариванию чая, применить для выполнения
аналогичного действия, например заваривания травяного сбора? (массовость)
Основными свойствами алгоритмов
являются:
1. Универсальность (массовость) —
применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.
2. Дискретность — процесс решения
задачи по алгоритму разбит на отдельные действия.
3. Однозначность (определенность,
детерминированность) — правила и порядок выполнения действий алгоритма
имеют единственное толкование.
4. Результативность (конечность)— по
завершении выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.
5. Понятность и выполнимость —
результата алгоритма достигается за конечное число шагов.
Способы записи алгоритмов
Для записи алгоритмов используют самые
разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого
алгоритма. Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:
-вербальный (словесный), когда алгоритм
описывается на человеческом языке;
-псевдокоды, когда алгоритм описывается с
помощью набора символов;
-графический (язык блок-схем), когда
алгоритм описывается с помощью набора графических изображений.
— программа, тексты на языках
программирования.
4. Самостоятельная работа (ПРИЛОЖЕНИЕ 3)
Электронный тест на закрепление изученного
материала по теме
«Управление и кибернетика. Алгоритмы».
1. Наука
об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах?
1)
менеджмент;
2)
кибернетика;
3)
информатика;
4)
математика.
2. Основатель
кибернетики?
1)
Джон фон Нейман;
2)
Блез Паскаль;
3)
Норберт Винер;
4)
Чарльз Беббидж.
3. В
каком году вышла первая книга по кибернетике?
1)
1984
2)
1848
3)
1948
4)
1884
4. Что
такое алгоритм?
1)
последовательность
действий, приводящая к достижению заранее поставленной цели;
2)
знания,
сведения, которые получает человек из различных источников;
3)
некоторое
упрощенное подобие реального объекта;
4)
процесс,
связанный с получением, хранением, обработкой и передачей информации.
5. Свойствами
алгоритма являются:
1)
новизна,
понятность, массовость, дискретность, результативность;
2)
дискретность,
результативность, детерминированность, массовость, понятность;
3)
массовость,
понятность, условность, четкость, однозначность;
4)
четкость,
однозначность, массовость, дискретность, результативность.
6. Расчлененность
алгоритма на отдельные шаги, возможность выполнения которых исполнителем не
вызывает сомнений, отражена в свойстве алгоритма, которое называется:
1)
однозначностью;
2)
результативностью;
3)
понятностью;
4)
дискретностью.
7. Какое
из ниже перечисленных свойств не относится к основным свойствам алгоритма?
1)
Результативность;
2)
Массовость;
3)
Корректность;
4)
Определенность.
8. Представление
алгоритма с помощью символов языка устно или письменно называется:
1)
словесным;
2)
графическим;
3)
программным;
4)
псевдокоды.
9. Запись
алгоритма в виде последовательности команд компьютеру называется:
1)
вербальной;
2)
словесной;
3)
графической;
4)
программной.
10. Возможность
применения алгоритма для решения целого класса типовых задач обеспечивает
свойство:
1)
Результативность;
2)
Массовость;
3)
Понятность;
4)
Определенность.
5.
Анализ и рефлексия.
Дайте ответы на следующие вопросы:
§
Что нового мы
изучили на уроке?
§
Зачем нужны
алгоритмы?
§
Какую практическую
значимость имеют полученные знания?
§
Что вам удалось
сделать на уроке?
§
Были ли вы
успешны во время урока?
Детям выставляются отметки за урок с
комментариями.
6. Инструктаж
по домашнему заданию.
Домашнее задание: § 40. Составить
алгоритм (на выбор):
§
Алгоритм чтения
параграфа;
§
Алгоритм
повторения (через 15 минут, 6 часов и день);
§
Алгоритм
подготовки и выступления.
1. Алгоритм чтения параграфа
Существует множество алгоритмов чтения.
Многие из них требуют специальной подготовки. Как, например, интегральный
алгоритм чтения, предложенный в методике изучения быстрого чтения. Чтобы
правильно применить интегральный алгоритм, нужны месяцы тренировки. Но есть и
такие алгоритмы, которые не требуют подготовки и результат его эффективного
действия виден сразу. Ниже дан пример такого алгоритма.
Алгоритм “ОЧОГ” — сокращенное название по
первым буквам.
О — ориентировка. Прочитайте текст с целью
понять его главные мысли. Если надо, подчеркните их, выпишите, повторите в
памяти.
Ч—чтение. Прочитайте текст еще раз очень
внимательно и постарайтесь выделить второстепенные детали. Установите связь
между ними и главными мыслями. Несколько раз повторите в памяти главные мысли в
их связи с второстепенными.
О — обзор. Быстро просмотрите текст.
Проверьте, правильно ли вы связали главные мысли с соответствующими
второстепенными деталями. Чтобы углубить понимание текста, поставьте вопросы к
главным мыслям.
Г — главное. Мысленно перескажите текст или
еще лучше, перескажите его кому-нибудь вслух, вспоминая при этом главные мысли.
Дайте ответы на поставленные вопросы.
Как работает этот алгоритм? В данном
алгоритме главные мысли повторяются четыре раза, естественно они лучше
запомнятся. Кроме того, запоминание происходит систематизировано. А
второстепенное, даже через большой интервал времени, всплывает в памяти как
образное припоминания при вспоминании главных мыслей.
По такому алгоритму эффективно
организовывать работу с параграфом учащихся на уроке и дома.
2. Алгоритм повторения
Алгоритм повторения самый простой и
наиболее эффективный алгоритм в учебной деятельности. Сначала для понимания
сущности алгоритма нужно рассказать учащимся теоретические сведения об
особенности памяти [3], о том, что запоминание идет через повторение.
Рассказать об эффективных интервалах повторения. Например, у ученика через
неделю экзамен, как организовать эффективный способ изучения материала.
Прочитать в первый день, повторить во второй, затем в третий и так далее до
начала экзаменов. Или прочитать в первый и повторить перед экзаменом. Как
эффективнее?
Для лучшего запоминания установлены
эффективные интервалы повторения. Это через 15 минут, 6 часов и день. Т.е.
после изучения новой темы, для лучшего запоминания, ученик должен вечером дома
(через 6 часов после занятий) повторить учебный материал, и еще через день. В
данном случае обеспечивается наилучшая прочность знаний. Оговоримся, что
интервал в пятнадцать минут обеспечивает сам учитель на уроке.
3. Алгоритм подготовки и
выступления
Как донести свои мысли до окружающих? Как
подготовить выступление, чтобы тебя слушали с интересом? Каков должен быть ход
изложения мысли?
Существуют множество алгоритмов подготовки
выступления, чтения лекций, управления семинарскими занятиями.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Вопросы:
1)
Знания,
сведения, которые получает человек из различных источников.
2)
Некоторое
упрощенное подобие реального объекта.
3)
Указание на
последовательность действий, которую должен выполнить компьютер, чтобы решить
поставленную задачу обработки информации.
4)
Центральное
устройство компьютера, отвечающее за обработку информации всех видов.
5)
Наука об общих
свойствах процессов управления в живых и неживых системах.
6)
Американский
математик, основатель кибернетики.
7)
Универсальное
техническое устройство, предназначенное для работы с информацией.
Устройство
хранения информации на компьютере.