Обучение информатике по опорным сигналам
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ЕЛАБУЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
РЕФЕРАТ:
ОБУЧЕНИЕ ИНФОРМАТИКЕ ПО ОПОРНЫМ
СИГНАЛАМ.
Составитель: Мякишева С. В.
Руководитель: Иванова Л. В.
Елабуга. 1998 год.
ПЛАН:
1) Введение.
2) Примеры листов опорных сигналов, выводы и рекомендации к ним.
3) Эффективность применения ЛОС и ОК. Заключение.
В рамках школьного курса информатики, особенно в условиях без машинного
преподавания, в настоящее время широко используются так называемые листы
опорных сигналов (ЛОС) или опорные конспекты (ОК), введенные в
педагогическую практику В.Ф. Шаталовым для наилучшего качества обучения. С
использованием ЛОС заметно упрощается объяснение нового материала учителем,
а так же запоминание и усвоение получаемых знаний учащимися. Приведенный
ниже материал был разработан Т.Н. Поддубной и апробирован в школе.
Использование ЛОС позволяет сократить время обучения, сформировать у
учащихся не разрозненные понятия, а систему знаний и больше внимания
обратить на выработку умений составления алгоритмов для ЭВМ.
ЛОС - лист опорных сигналов.
ЛОС 1
ФОН НЕЙМАН
1946
МЕЛЬНИЦА АУ
ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 1.
Приведенный лист опорных сигналов соответствует разделу «Первоначальные
сведения об ЭВМ» пробного учебного пособия.
На схеме выделены основные блоки современной ЭВМ - память (ЗУ -
запоминающее устройство), устройства ввода-вывода (УВВ) и центральный
процессор, который для удобства проведения исторической аналогии
представлен в виде двух блоков: арифметического устройства (АУ) и
устройства управления (УУ).
В начале 19 в. английским инженером Чарльзом Бэббиджем была выдвинута
идея создания счетной машины с программным управлением. Функциональная
схема машины Бэббиджа содержала блоки склад, мельница и контора, которые не
нуждаются в особых пояснениях, как и факт их полного соответствия
определенным функциональным блокам современного ЭВМ. Память ЭВМ на листе
опорных сигналов представлена в виде куба, разделенного на отдельные
элементарные ячейки - места хранения единиц информации, обработкой которой
занимается ЭВМ. Подобное деление, кроме того, что оно связано с понятием
байта, а также более и менее крупных ячеек памяти (бит, слово и т. д.),
позволяет просто объяснить один из основных принципов построения
современных ЭВМ, сформулированный Джоном фон Нейманом. Это принцип
адресации ячеек памяти (опорный сигнал ПА).
Память ЭВМ, какую бы геометрическую форму она не имела (куб, цилиндр,
диск, лента), разбита на элементарные ячейки, которые пронумерованы подряд.
Номер ячейки есть ее адрес. ЭВМ размещает и разыскивает информацию в памяти
по адресам. Таким образом, каждая ячейка характеризуется своим адресом и
содержимым (кодом, который в ней записан). Работа ЭВМ, собственно, и
заключается в том, что она в соответствии с некоторой совокупностью команд
меняет содержимое ячеек памяти.
Усвоить этот принцип помогает такой пример. Кто живет по адресу: ул.
Ленина, д. 6, кв. 20? Сегодня один, завтра другой. Содержимое ячейки с
данным адресом может быть разным в разное время.
Первоначально информация заносится в память ЭВМ с помощью специальных
команд (операторов) ввода, и, хотя в учебном пособии их нет, упомянуть их
полезно. Команды ввода обеспечивают ввод информации в оперативную
(внутреннюю) память ЭВМ с различных внешних носителей и устройств -
перфокарт, магнитных лент и магнитных дисков, с клавиатур терминалов. На
ЛОС этот момент изображен стрелкой, в качестве внешнего устройства
показана клавиатура персональной ЭВМ.
Подобное, в некоторой степени углубленное, представление структуры
памяти ЭВМ является важным в методическом плане, так как обучение основам
алгоритмизации должно строиться в расчете на то, что исполнителем алгоритма
будет ЭВМ. Значит, первичные знания о ней необходимы. Например, при
изучении раздела «Алгоритмы работы с величинами» важно показать, что
отнесение величин к различным типам обусловлено и тем, что они имеют разное
внутреннее (в памяти ЭВМ) представление, в частности могут иметь разную
длину.
Знание структуры памяти позволяет уже при изучении этого материала
основательно рассмотреть механизм выполнения алгоритма на ЭВМ - второй
принцип, сформулированный фон Нейманом, - принцип программного управления
(опорный сигнал ПУ). На ЛОС в квадрате, соответствующем арифметическому
устройству, помещена последовательность трех команд - три оператора (так
они называются в алгоритмических языках) присваивания значений переменным C
и S. При записи операторов использован знак операции присваивания :=. После
выполнения операторов C:=A+B и S:=A+B переменные C и S получат значение,
равное сумме значений переменных A и B, которые были введены в память ЭВМ с
помощью команд ввода. После выполнения оператора S:=S/2.2 переменная S
получит новое значение, которое равно старому значению этой переменной,
разделенному на константу. Последняя тоже берется из некоторой ячейки
памяти ЭВМ.
Принцип программного управления - второй основной принцип современных
ЭВМ. Он заключается в том, что ЭВМ работает сама, без участия человека, по
программе ( последовательности команд), которая находится в ее памяти, т.е.
предварительно вводится в нее с внешнего устройства. ЭВМ выбирает команды
из памяти одну за другой, анализирует их в арифметическом устройстве,
выполняет и результаты снова возвращает в память. Этим процессом управляет
устройство управления.
Остановимся еще на одном моменте. Команды присваивания S:=A+B и
S:=S/2.2 находились в памяти ЭВМ и были выбраны в арифметическое устройство
последовательно друг за другом. После выполнения первой команды в ячейку
памяти для переменной S занеслось значение, равное сумме A+B, а после
выполнения второй - в 2.2 раза меньше. Второй оператор присваивания требует
особого внимания, так как при его выполнении переменная, получающая
значение и стоящая слева от знака присваивания, и переменная, значение
которой используется при вычислении, находятся в одной и той же ячейке
памяти
Вынесенные на ЛОС команды присваивания помогают сделать два важных
дела: пояснить принцип программного управления и смысл важнейшей операции -
операции присваивания.
В чем разница между командой присваивания и командой ввода?
При вводе информация поступает с внешнего устройства (извне). При
присваивании информация (новое значение) создается при вычислении выражений
внутри ЭВМ.
Выводы и рекомендации.
Информация на ЛОС - это систематизированное наглядное представление
следующих понятий.
Функциональная схема ЭВМ.
Структура оперативной памяти ЭВМ.
Принцип адресации ячеек памяти ЭВМ.
Принцип программного управления ЭВМ.
Операция ввода информации и операция присваивания, их роль в
алгоритмах.
ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 2.
На ЛОС 2 обсуждается вопрос о порядке выполнения команд, с помощью
которых записан алгоритм.
1. Команды выполняются последовательно друг за другом.
2. В алгоритме может быть некоторое условие, определяющее порядок
выполнения команд, - ветвление на две последовательности, из которых
выполняется только одна, в зависимости от выполнения или
невыполнения этого условия.
3. В алгоритме может быть предусмотрена возможность многократного
повторения определенной последовательности команд.
На ЛОС 2 эти три вида инструкций, управляющих порядком выполнения
команд алгоритма, связаны с опорным сигналом в виде светофора.
ЛОС 2
1) Цветовые сигналы загораются последовательно.
2) Цвет сигнала определяет последовательность действий объекта в виде
ветвления.
3) Работа светофора - это многократное повторение смены трех этих
цветов от начала движения транспорта и пешеходов до его окончания.
Одна или несколько команд, которые в алгоритме рассматриваются как одно
целое и называются серией, изображаются в прямоугольнике с одним входом и
одним выходом; условие - в ромбе с одним входом и двумя выходами, над
которыми написаны слова «да» и «нет», означающие выполнение и невыполнение
условия соответственно.
На ЛОС неявно определено, что серия - это последовательность любых
команд, выполняемых друг за другом. То есть, внутри серии могут быть не
только простые команды, но и команды ветвления и повторения.
Зачеркнутый на ЛОС прямоугольник означает, что если условие
предполагает наличие действий только в одном случае (либо при «да", либо
при «нет»), а в альтернативном варианте предполагается отсутствие
действий, то можно пользоваться неполной формой команды ветвления.
Выводы и рекомендации.
На ЛОС 2 образно представлена информация о системе базовых управляющих
команд, достаточных для записи любого алгоритма. При изучении конкретных
языков программирования учащиеся встретятся и с другими командами,
важность приведенных в том, что они формируют культуру алгоритмического
мышления, определяют главное свойство алгоритмов - простоту их написания и
понимания.
Использование английских служебных слов на ЛОС облегчает их усвоение
при изучении конкретных алгоритмических языков.
ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 3.
Алгоритмы пишутся для обработки некоторой информации. Обычно ее
называют данными или величинами.
Данные могут быть различными как по типу, так и по способу своей
организации. Классификации данных и описанию их характеристик и посвящен
ЛОС 3.
Для классификации данных используется опорный сигнал в виде куба. На
его гранях представлены характеристики данных по двум направлениям.
Передняя грань делит данные на четыре класса - вещественные, целые,
натуральные и литерные. Служебные слова, описывающие соответствующий тип,
приведены в правом нижнем углу ЛОС. Почему в ЭВМ применяется подобное
деление?
1) Данные разного типа имеют разное внутреннее представление в ЭВМ.
2)Для данных разного типа в ЭВМ могут быть предусмотрены разные операции.
ЛОС 3
На верхней грани кубика - другая классификация. В процессе работы
алгоритма данные могут оставаться постоянными. Это - константы. Но они
могут и изменять свое значение. Это - переменные. Подобное деление очень
важное, так как позволяет остановиться на фундаментальном понятии
программирования - имени переменной (в алгоритмических языках как синоним
употребляется слово «идентификатор»), а так же на механизме распределения
памяти под величины.
ЭВМ, читая алгоритм, для всех величин отводит место в памяти. На ЛОС
этот факт связан с табуретом и стулом. Константа однозначно, раз и
навсегда, задается своим значением. Отводя ей место в памяти, ЭВМ сразу