Конспект урока по информатике по теме:"Понятие алгоритма".

Тема: Понятие алгоритма

Цели урока:

• Сформировать представление об алгоритме;
• Сформировать представление о линейном алгоритме;
• Сформировать представление о последовательном алгоритме;
• Выделить две стадии создания алгоритма.

Опорные понятия:

• Цель;
• Задача;
• План решения;
• Объект;
• Действия.

Новые понятия:

• алгоритм;
• алгоритмизация;
• линейный алгоритм;
• последовательный алгоритм;
• шаг алгоритма;
• порядок выполнения;
• стадии разработки алгоритма.

Задачи учителя:

• Ввести понятие алгоритма на основе собственного опыта учащихся;
• Познакомить с историей возникновения термина «алгоритм»;
• Показать необходимость алгоритмов в различных сферах деятельности человека;
• Познакомить с понятием линейный «алгоритм»;
• Познакомить со стадиями создания алгоритма..

План урока

1. Организационный момент;

2.  Понятие алгоритма

• Ввод понятия «алгоритм» на основе собственного опыта учащихся;
• История возникновения термина «алгоритм»;
• Необходимость алгоритмов в различных сферах деятельности человека;
• Знакомство с понятием «линейный алгоритм»;
• Стадии создания алгоритма
1. Подведение итогов за урок;
2. Домашнее задание – конспект.
• Читать тема 12.1, стр. 142-144, тема 12.3, стр. 147-148, тема 12.8, стр. 157-161,

Вопросы:

1.      Дайте определение алгоритма и приведите примеры.

2.      Что такое алгоритмизация?

3.      Приведите пример математического выражения и составьте алгоритм его вычисления.

4.      Что такое линейный алгоритм? Приведите примеры.

5.      Какие стадии разработки алгоритма вы знаете и в чем их суть?

·     Составить алгоритм изготовления поздравлений к дню святого Валентина, учитывая количество открыток и срок их готовности. Записать в тетрадь алгоритмы первой и второй стадий.

Методика проведения урока

Ввод понятия «алгоритм» на основе собственного опыта учащихся

         В школе дети выполняют одинаковые задания, но результат при этом может быть самый разный.

         В учебе осуществляется работа по плану, который составляет учитель.

         Знакомство с понятием алгоритма начнем с рассмотрения примера. Вы хотите вылепить из пластилина дракона. Результат во многом будет зависеть от вашего умения и опыта. Однако достичь поставленной цели окажется гораздо легче, если вы предварительно наметите план действий, например следующий:

1.     Изучить образ дракона по имеющейся картинке.

2.     Вылепить голову.

3.     Вылепить туловище.

4.     Вылепить хвост.

5.     Вылепить четыре ноги.

6.     Сравнивая с картинкой, уточнить детали каждой вылепленной части дракона.

Следуя подготовленному плану, любой человек, даже не обладающий художественными способностями, но имеющий терпение, обязательно получит хороший результат.

Любая целенаправленная деятельность человека осуществляется по плану.

Подобный план с подробным описанием действий, необходимых для получения ожидаемого результата, получил название алгоритма.

История возникновения термина «алгоритм»

Появление алгоритмов связывают с зарождением математики. Более 1000 лет назад (в 825 году) восточный математик Мухаммед Бен Мусса аль Хорезми написал учебник «Арифметика индусскими цифрами». В ней он описал способы выполнения арифметических действий над многозначными числами. По нему европейцы научились счету с помощью десяти цифр и узнали правила действий над ними. Учебник попал в Европу от арабов, поэтому цифры у нас называют арабскими.

         Многие столетия до этого люди были убеждены, что правила счета очень сложны и доступны только избранным. В учебнике аль Хорезми привел такие методы счета, которые легко усваивает даже ребенок, и арифметические действия можно производить, не задумываясь над их смыслом. Впоследствии арифметику в десятичной системе счисления долгое время называли словом «ал-хорезм», которое затем трансформировалось в «алгоритм».

         С развитием науки и техники человечество осознало, что можно научиться выполнять сложные действия, если их разбивать на последовательность простых. Слово «алгоритм» приобрело другой смысл, относящийся не только к арифметике.

Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

История развития алгоритмов прошла длинный путь от интуитивного понимания и стихийного применения до осознания закономерностей и практического использования в современных компьютерах и компьютерных системах

Необходимость алгоритмов в различных сферах деятельности человека

Мы постоянно сталкиваемся с этими понятиями в различных сферах деятельности человека.

В кулинарных книгах собраны рецепты приготовления разных блюд.

Любой прибор, купленный в магазине, снабжается инструкцией по его использованию.

В описании стиральных машин приводятся правила настройки управляющего устройства для различных видов стирки.

Собираясь сшить платье, вы сначала постарайтесь найти в модном журнале выкройку и описание к ней.

Каждый шофер должен знать правила дорожного движения.

Хорошие урожаи будут получаться из года в год, если при обработке земли будут соблюдаться определенные правила.

Массовый выпуск автомобилей стал возможен только тогда, когда был придуман порядок сборки машины на конвейере.

Появление компьютеров внесло свою лепту в теорию алгоритмов. Методы этой теории, реализованные в компьютере, позволили решать сложные задачи.

         При работе на компьютере важно знать и понимать, что такое алгоритм и для чего он нужен. Прежде чем поручить компьютеру выполнение определенной работы, следует составить план действий – алгоритм. В нем необходимо предусмотреть порядок ввода и преобразования исходных данных, а также очередность и форму вывода результата.

         Рассмотрим, например, порядок вычисления на калькуляторе значения выражения:

         Для получения результата исходные числа необходимо вводить в память калькулятора в определенной последовательности. Эту последовательность, а также действия которые должны совершаться над вводимыми числами, надо указать в алгоритме:

1.  Выполнить сложение чисел 255 и 378 и получить значение, которое назовем Результат1.

2.  Выполнить умножение величины Результат1 на число 56. Полученное число Результат2 записать.

3.  Вычесть из числа 670 число 235 и получить значение Результат3.

4.  Выполнить умножение величины Результат3 на 33. Полученное число Результат4 записать.

5.  Выполнить деление числа Результат2 на значение Результат4, появившееся на индикаторе, и есть искомое значение.

Подобную работу можно поручить компьютеру.

Алгоритмизация – процесс разработки алгоритма (плана действий) для решения задачи.

Знакомство с понятием «линейный алгоритм»

         Развитие понятия «алгоритм», начавшееся в 30-е годы XX века, идет в двух направлениях: с одной стороны – в строгой классической теории алгоритмов в области математики, с другой – в прикладной теории алгоритмов для различных видов деятельности.

         Анализ ошибок многих технически сложных проектов XX века (создание новых самолетов, автомобилей, зданий, плотин) убедил исследователей, что большинство ошибок проектирования (если не все) являются алгоритмическими, то есть возникают из-за неправильного описания последовательности действий.

         Описания действий в алгоритме следуют последовательно друг за другом. Однако очередность выполнения этих действий может быть изменена, если в алгоритме предусмотрен анализ некоторого условия. В 70-х годах ряд ученых (Э.Дейкстра, К.Бом, Г.Джаконини) доказали, что любой алгоритм можно составить, используя всего три типа алгоритмических конструкций:

·        Простая последовательность действий (линейный алгоритм);

·        Повторение действий (циклический алгоритм);

·        Выбор действия (алгоритм разветвления).

 Путем включения условий создаются алгоритмы с различной структурой, в которой всегда можно выделить несколько типовых конструкций: линейную, циклическую, разветвляющуюся, вспомогательную.

         Знакомство с типовыми конструкциями начнем с линейного алгоритма.

Предположим, требуется составить алгоритм вычисления результата выражения: 100 + 16 – 40 + 20

1.     Сложить числа 100 и 16.

2.     Из полученной суммы вычесть 40.

3.     К результату прибавить 20.

В этом примере действия выполняются в том порядке, в каком записаны. Подобные алгоритмы получили название линейных, или последовательных.

Линейный (последовательный) алгоритм – описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке.

         Линейными являются алгоритмы отпирания дверей, заваривания чая, приготовление одного бутерброда. Линейный алгоритм применяется при вычислении арифметического выражения, если в нем используются только действия сложения и вычитания.

Стадии создания алгоритма

         Человек составляющий алгоритм, должен хорошо понимать суть задачи. Исполнителем составленного алгоритма может быть любой другой человек, компьютер или механизм, если им известно, как следует выполнять элементарные действия, указанные в алгоритме.

         При составлении алгоритма необходимо сначала хорошо понять поставленную задачу и составить для себя план ее решения. Именно так выполняют сложные работы по алгебре, геометрии, биологии, физике, литературе. Это первая стадия разработки алгоритма. Алгоритмы для школьных заданий составляются учителями.

         Рассмотрим примеры:

Человек легко читает печатный и рукописный текст. Однако написать алгоритм этого процесса так, чтобы он стал понятен компьютеру, - чрезвычайно непростая задача. В настоящее время уже разработан алгоритм распознания компьютером печатного текста. А вои создать алгоритм, в соответствии с которым компьютер мог бы прочесть (распознать) рукописный текст, пока не удается. Компьютер воспринимает такой текст как картинку.

            Завязать шнурки на ботинках бантиком умеют многие дети в 6 лет, но описать этот процесс так, чтобы он стал понятен другому человеку или компьютеру, задача не их легких.

            Существует определенный алгоритм поведения водителей автомашин на дороге. Этот алгоритм определяется правилами дорожного движения, который должен знать каждый водитель. Кроме того, шоферы особыми знаками предупреждают друг друга об опасности на дороге или подают сигналы помощи.

         Те же самые люди в другой обстановке будут общаться между собой совершенно по-иному, в соответствии с принятыми для этой обстановки правилами поведения.

         Рассмотренные примеры говорят о том, что прежде всего алгоритм должен быть понятен человеку, а если возникает необходимость объяснить этот алгоритм другому человеку или объекту, то следует учитывать их особенности, в том числе среду, язык общения и пр. Специфика среды во многом определяет конкретный язык алгоритма и уровень его детализации.

         Задача ученика – понять предлагаемый алгоритм, то есть убедиться в том, что все пункты плана он может выполнить. При этом ученик иногда обнаруживает, что некоторые слова или действия ему неизвестны. Он уточняет их у учителя или в книге, приводя описание алгоритма к понятному для себя виду. Это – вторая стадия разработки алгоритма, на которой алгоритм уточняется и изменяется с учетом возможностей исполнителя алгоритма.

         Разрабатывая алгоритм, вы всегда будете проходить минимум две стадии – сначала алгоритм должен быть понятен тому, кто его разрабатывает, а затем его следует преобразовать с учетом специфики среды.

         Таким образом, в общем алгоритм претерпевает изменения по стадиям:

·    Первая стадия – алгоритм должен быть представлен в форме, понятной человеку, который его разрабатывает;

·    Вторая стадия – алгоритм должен быть представлен в форме, понятной тому объекту (в том числе и человеку), который будет выполнять описанные в алгоритме действия. В том случае, если эти действия станет выполнять сам разработчик алгоритма, вторая стадия будет отсутствовать.

Поясним стадии создания алгоритма на примере. Предположим, вы с другом хотите в жаркий летний день покататься на велосипедах. Вы должны продумать план подготовки и осуществления задуманного путешествия, то есть его алгоритм:

1.     Достать карту местности.

2.     Оговорить продолжительность путешествия.

3.     Проложить предстоящий маршрут.

Это первая стадия разработки алгоритма. На этом этапе вы обдумываете план и намечаете для себя промежуточные цели.

         В дальнейшем, исследуя карту, вы обнаруживаете, что наиболее привлекательным местом является берег речки, расположенный довольно далеко. Ваша цель меняется. Теперь вы мечтаете совершить путешествие именно к этому месту. Поэтому вы вынуждены откорректировать намеченный план действий:

4. Подготовить перечень необходимых продуктов, которые вы возьмете с собой;

5. Подготовить велосипед к длительному пути – смазать маслом, подкачать шины и т. д.;

6. Собрать необходимые вещи – купальные принадлежности, удочку и т. д.

         Новый план нужно изложить другу достаточно убедительно, чтобы он согласился и принял новую цель. Предположим, он согласился и вы договорились готовиться к путешествию независимо друг от друга. Каждый из вас должен изменить уже имеющийся план в соответствии со своим опытом и умением.

         Это вторая стадия разработки алгоритма, когда необходимо ориентироваться на тот объект, который будет этот алгоритм исполнять. На этом этапе выбираются среда и инструменты – объекты, которые могут осуществить ваш план.

         Кто-то обратится к взрослым, которые все сделают за него, другой сам будет готовить велосипед и покупать продукты. Результаты при этом могут оказаться разными.

         Если вы решите обратиться за помощью к взрослым, то должны уметь договариваться с ними и представлять их возможности. А если захотите подготовиться к походу самостоятельно, вам понадобится умение обслуживать и чинить велосипед.

         Например, вы обнаружили, что у вашего велосипеда треснула рама. Вы обращаетесь к родителям с просьбой купить новый велосипед, но это оказывается слишком дорого. Если не удастся найти другой способ подготовить транспорт, то цель окажется недостижимой. Вы предполагаете подкрепиться в походе бутербродами, значит, надо продумать, как их сделать, и купить необходимые продукты.

         Рассмотрим другой пример. Вы хотите поздравить друзей с Новым годом. Для этого вы наметили подготовить красочные открытки. На первой стадии вы разрабатываете алгоритм для себя:

1.     Придумать сюжет.

2.     Нарисовать картинку по сюжету.

3.     Написать стихи по сюжету.

4.     Подготовить открытки с адресами.

5.     На каждую открытку поместить рисунок и текст.

Если вы обладаете воображением, умеете рисовать и писать стихи, а также можете воспользоваться компьютером для создания и тиражирования открыток, то этот алгоритм вам по силам выполнить самостоятельно. В этом случае вам не нужна вторая стадия разработки алгоритма.

         Вы также можете найти человека, который способен помочь вам. Тогда необходимо объяснить помощнику, что надо делать. Таким образом, вы проходите вторую стадию разработки алгоритма, когда он должен быть переориентирован на другого человека. Если вам помогает специалист по изготовлению открыток, владеющий компьютерной технологией, то достаточно перечислить, кому и какие открытки надо сделать, и алгоритм окажется достаточно простым. Если вы имеете дело с новичком, то вам придется достаточно подробно описать алгоритм его действий по созданию поздравительных открыток.

Запомните правила разработки любого алгоритма.

Первая стадия – разработка приближенного алгоритма, ориентированного на создающего его человека:

·    Определить цель, для достижения которой будет создан алгоритм;

·    Наметить приблизительный план действий для достижения поставленной цели.

Вторая стадия – детализация алгоритма с учетом особенностей среды его выполнения:

·    Выбрать среду и объекты, посредством которых алгоритм будет реализован;

·    Детализировать алгоритм с учетом возможных действий объектов выбранной среды.

Дополнительная информация для учителя

В начале обучения учителю полезно только акцентировать внимание на том, что алгоритмизация – это сложный творческий процесс в любом возрасте. В 70-е годы XX столетия в период бурного становления науки программирования было доказано, что время разработки, программы равно или даже меньше времени ее отладки, то есть процесса устранения ошибок. Тогда и была предложена технология создания программного обеспечения, включающая следующие этапы;

1. Проектирование.

2. Описание и проверка алгоритма решения задачи.

3. Создание текста программы на языке программирования.

4. Тестирование программы.

5. Написание документации к программе.

Эта технология позволила значительно сократить затраты на получение правильных программ.