Методическая разработка занятия по теме "Алгоритмы, их свойства и классификация"

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Ростовской области

«Таганрогский авиационный колледж имени В.М.Петлякова»

(ГБПОУ  РО «ТАВИАК»)

Методическая  разработка занятия по дисциплине

 по дисциплине ОУПО П.09 Информатика

«Алгоритм. Свойства и классификация алгоритмов»

Специальности 15.02.08  Технология машиностроения

24.02.01  Производство летательных аппаратов

25.02.01  Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей

Автор:

ПреподавательГБПОУ  РО «ТАВИАК»

Литвинова Светлана Анатольевна

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программирование традиционно относят к сложным темам курса информатики, признавая при этом, что именно решение задач по теме «Алгоритмизация и программирование» в максимальной степени способствуют развитию алгоритмического стиля мышления, который формирует общеучебные навыки. Действительно, для успешного решения задачи, требующей составления алгоритма и написания программы, учебные занятия надо проводить таким образом, чтобы обучающийся мог:

1)            четко понять задачу, провести ее детализацию и формализацию;

2)            проанализировать, к какому классу задач она относится, какими способами (алгоритмами) ее можно решить;

3)            составить алгоритм решения задачи;

4)            составить программу, реализующую этот алгоритм;

5)            проверить, правильно ли программа работает, ту ли задачу она решает;

6)            в случае обнаружения ошибки необходимо проделать все (или некоторые) вышеперечисленные действия заново с целью исправления ошибки.

Используя принципы развивающего обучения, можно постараться акцентировать проблемы алгоритмизации при изучении всех (в том числе и традиционно «технологических») тем курса информатики. Это позволяет развивать и реализовывать алгоритмические способности обучающихся не только при работе в различных программных средах, но и при формировании знаний, умений и навыков работы в различных прикладных и инструментальных программах (при создании текстовых документов, электронных таблиц, презентаций и т.д.).

Опыт показывает: удовлетворение от успеха, достигнутого за счет собственных усилий, способствует приобретению богатых, прочных и оперативных знаний.

Тема  раскрывает особенности технических средств и технологий вычислений, принципов обработки информации компьютером, поэтому является одной из самых интересных и сложных, наглядной и предоставляет большие возможности по рассмотрению теоретических понятий и приемов построения алгоритмов в профессиональном направлении, в изучении принципов обработки информации с помощью вычислительной техники.

Тема «Алгоритмизация и программирование» направлена на понимание сути алгоритмов, их свойств, способов описания, так как она развивает: ясность и четкость мышления; способность предельно уточнять предмет мысли; внимательность, аккуратность, обстоятельность, убедительность в суждениях; умение абстрагироваться от конкретного содержания и сосредоточиться на структуре своей мысли.

План занятия

Дисциплина  ОУПО П.09 Информатика

Тема занятия:  Алгоритм. Свойства и классификация алгоритмов

Цели занятия:

Образовательные :

·  понимание методов фор­мального описания алгоритмов, владение знанием основных алгоритмических конструкций, умение анализировать алгоритмы;

· формирование умений применять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов средствами информатики;

Развивающие: развитие умения сравнивать, оценивать, развитие воображения, логического мышления, внимания и памяти.

Воспитательные: формирование  познавательной потребности, стремления к глубокому усвоению учебного материала

Формируемые общие компетенции:

·               ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

·               ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

·               ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

·               ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

·               ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

·               ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

Междисциплинарные связи:

•         Обеспечивающие: математика, физика,  русский язык

•         Обеспечиваемые: информационные технологии в профессиональной деятельности

Используемые формы организации учебной деятельности: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Технические средства  обучения: интерактивная доска, 15 ноутбуков

Используемые технологии: информационная, личностно-ориентированного обучения, сотрудничества.

Вид занятия    Комбинированный урок

Структура занятия

№ п/п	Элементы занятия	Примерное время
1	Организационный момент	3 мин
2	Целеполагание и мотивация учебной деятельности	3мин
3	Изучение нового материала	50 мин
4	Выполнение практических заданий	10 мин
5	Анализ и оценка выполненных работ и степени овладения студентами запланированными умениями	16 мин
6	Домашнее задание.  Рефлексия.	3 мин

1.            Организационный момент

Проверка присутствующих, подготовка рабочего места, (включение ПК), напоминание о технике безопасности работы за ПК.

На интерактивной доске первый слайд мультимедийной презентации с темой урока.

2. Целеполагание и мотивация учебной деятельности

Понятие «алгоритм» давно является привычным не только для математиков. Оно является концептуальной основой разнообразных процессов обработки информации. Возможность автоматизации таких процессов обеспечивается наличием соответствующих алгоритмов.

Каждый человек в повседневной жизни, во время учебы или на работе решает огромное количество задач самой разной сложности. Некоторые задачи просты и привычны, мы решаем их, не задумываясь (собраться на учебу, закрыть дверь на ключ, перейти улицу....). Другие задачи, так трудны, что требуется длительный срок для поиска решения и достижения поставленной цели. Решение даже самой простой задачи обычно осуществляется за несколько последовательных шагов.

Один из важнейших этапов решения задач на компьютере - составление алгоритма.  О том, что такое алгоритмы, какими общими свойствами они обладают и как исполняются, мы и поговорим на этом уроке.

Но сначала давайте ответим на вопросы:

·        Встречался ли вам ранее термин «алгоритм»?

·        В каких дисциплинах, науках, сферах деятельности человек встречается с алгоритмами?

3. Изучение нового материала

Слово алгоритм содержит в своем составе преобразованное географическое название Хорезм. Термин «алгоритм» обязан своим происхождением великому ученому средневекового Востока - Муххамад ибн Муса ал-Хорезми (Магомет, сын Моисея, из Хорезма). Он жил приблизительно с 783 по 850 годы, и в 1983 году отмечалось 1200-летие со дня его рождения в городе Ургенче – областном центре современной Хорезмской области Узбекистана. Он написал ряд трактатов по арифметике и алгебре, в том числе книгу "Арифметика индусскими цифрами" - о счете с помощью десяти цифр и правилах арифметических действий с числами. В латинских переводах с арабского арифметического трактата ал-Хорезми его имя транскрибировалось как algorismi. Откуда и пошло слово «алгоритм» – сначала для обозначения алгоритмов цифровых вычислений десятичной позиционной арифметики, а затем для обозначения произвольных процессов, в которых искомые величины решаемых задач находятся последовательно из исходных данных по определенным правилам и инструкциям.

Каждый из нас ежедневно использует различные алгоритмы: инструкции, правила, рецепты и т.п. Обычно мы это делаем не задумываясь. Например, открывая дверь ключом, никто не размышляет над тем, в какой последовательности выполнять действия. Однако чтобы научить кого-нибудь открывать дверь, придется четко указать и сами действия, и порядок их выполнения. То же потребуется и при указании маршрута поездки.

Сравним эти алгоритмы. На первый взгляд, между ними нет ничего общего. Одно дело - открывать дверь, другое - ехать в гости. Но если приглядеться внимательно, можно заметить существенное сходство между ними. Прежде всего, это строгий порядок выполнения действий.

Примеры алгоритмов

Алгоритм открывания двери:

1.            Достать ключ.

2.            Вставить ключ в замочную скважину.

3.            Повернуть ключ дважды против часовой стрелки.

4.            Вынуть ключ.

Алгоритм «Как доехать до дома бабушки»:

1.            Выйти из дома.

2.            Повернуть направо.

3.            Пройти два квартала до автобусной остановки.

4.            Сеть в маршрутку №6, идущую по центру города.

5.            Проехать три остановки.

6.            Выйти из маршрутки.

Мы можем теперь сказать, что алгоритм - это организованная последовательность действий. Данную формулировку, конечно, нельзя считать определением алгоритма. Например, мы не объяснили, что означают слова "организованная" и "действия". Скажем сразу: абсолютно строгого определения алгоритма не существует. В информатике алгоритмом мы будем называть  конечную совокупность точно сформулированных правил, выполнение которых приводит от постановки задачи к ее решению.

Выполните следующее задание. Перейдите по ссылке:  https://onlinetestpad.com/prncdnpy5opxu.

Прочитайте постановку задачи и выполните ее: Некий злоумышленник за алгоритм получения кипятка выдал такую последовательность действий:

1.            Налить в чайник воду.

2.            Открыть кран газовой горелки.

3.            Поставить чайник на плиту.

4.            Ждать пока вода не закипит.

5.            Поднести спичку к горелке.

6.            Зажечь спичку.

7.            Выключить газ.

Исправьте алгоритм, чтобы предотвратить несчастный случай.

 Рассмотренные нами алгоритмы составлены для исполнения человеком. Но человек далеко не единственный возможный исполнитель алгоритмов. Все живые существа и даже отдельные клетки исполняют различные алгоритмы. Способны на это и созданные человеком устройства - роботы-манипуляторы и станки с программным управлением. Но прежде чем составлять алгоритм решения задачи, нужно узнать, какие действия предполагаемый исполнитель способен выполнить.

Рассмотрим информационный процесс редактирования текста. При работе с текстом возможны различные операции: удаление, копирование, перемещение или замена его фрагментов. Что необходимо для того, чтобы преобразовать текст?

Первое. Требуется исполнитель.

Второе. Процесс должен быть разбит на этапы, понятные исполнителю.

Третье. Должно быть определено начальное состояние текста и его требуемое конечное состояние.

Теория алгоритмов имеет большое практическое значение. Алгоритмический тип деятельности важен не только как одна из эффективных форм труда человека. Через алгоритмизацию, через расчленение сложных действий на всё более простые, на действия, выполнение которых доступно машинам, пролегает путь к автоматизации различных процессов.

Для углубления понятия алгоритма выделим и раскроем его основные свойства, вытекающие из его определения.

1.          Алгоритм имеет некоторое количество (иногда равное нулю) входных величин, т.е. величин, заданных до начала выполнения алгоритма;

2.          Алгоритм одну или несколько  выходных величин (результат),

3.          Дискретность (от лат. discretus - разделенный, прерывистый) указывает, что процесс решения задачи расчленен на отдельные элементарные действия (шаги) и, соответственно, алгоритм представляет собой последовательность указаний (команд), определяющих порядок выполнения шагов процесса.

4.          Детерминированность (от лат. determinate - определенность, точность) указывает, что любое действие алгоритма должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае. При этом каждая команда алгоритма входит в состав системы команд исполнителя. Свойство определенности имеет большое значение для формального исполнения алгоритма. Исполнитель может не знать сути решения задачи, он только формально исполняет алгоритм, т.е. строго выполняет действия, предписанные алгоритмом. Свойство определенности означает, что исполнитель имеет возможность выполнить каждый шаг, предписанный алгоритмом, не вникая в содержимое задачи. Это дает возможность решать задачу формально, механически выполняя действия алгоритма, поэтому можно поручить исполнение алгоритма роботу и компьютеру, т.е. автоматизировать его исполнение.  

5.          Конечность определяет, что каждое действие в отдельности и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения.

6.          Результативность требует, чтобы в алгоритме не было ошибок, т.е. при точном исполнении всех команд процесс решения задачи должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен определенный постановкой задачи результат.

7.          Массовость. Это свойство показывает, что один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными, т.е. применять при решении всего класса задач данного типа, отвечающих общей постановке задачи. Пример: алгоритмы «Нахождение корней квадратного уравнения», «Перевод числа из десятичной системы счисления в восьмеричную».

С алгоритмами человек встречается на каждом шагу. Приведите пример, из которого  видно, что сложную работу можно представить в виде последовательности простых действий.

Преподаватель : Существует два способа классификации алгоритмов.

По содержанию алгоритмы делятся на численные и нечисленные. Если алгоритм сводится к арифметическим действиям – он численный, например:  нахождение наименьшего общего делителя, вычисление силы тока по закону Ома. Важное значение имеют нечисленные алгоритмы, в которых решение сводится к логическим действиям, например: поиск минимального значения числа, поиск пути в лабиринте, редактирование текста, т.е. нечисленные алгоритмы оперируют как числовыми данными, так и текстовыми (литерными).

По структуре алгоритмы подразделяют на:

·              линейные – в которых шаги алгоритма выполняются в естественном последовательности их записи;

·              разветвляющиеся – в которых естественный порядок нарушается, и исполнение алгоритма происходит по одной из ветвей. Выбор ветви зависит от выполнения или невыполнения условия.

·              циклические – в которых всегда есть многократно повторяющийся фрагмент действий. Различают циклические алгоритмы с заранее известным числом повторений и итерационные алгоритмы (когда окончание алгоритма происходит по выполнению некоторого условия).

Приведите примеры алгоритмов различных структур.

Рассмотрим способы описания алгоритмов:

·              на естественном языке;

·              с помощью формул, рисунков, таблиц (словесно-формульный);

·              с помощью стандартных графических объектов (геометрических фигур) - блок-схемы;

·              на языке программирования.

Прокомментируйте, где мы используем каждый способ  описания алгоритмов

4.            Выполнение практических заданий

                            I.       Алгоритмические задачи (задания на слайдах презентации, один обучающийся работает у интерактивной доски, остальные оформляют решение в виде текстового файла и отправляют преподавателю).

№1. Старик должен переправить на лодке через реку волка, козу и капусту. Лодка может выдержать только старика и одного “пассажира”. В каком порядке старик перевезет пассажиров? Не забудь, что волк может съесть козу, а коза - капусту. Найди 2 варианта решения.

Алгоритм решения задачи:

1 вариант                    2 вариант

1)________________                  1)__________________

2)________________                2)___________________

3)________________                3)___________________

И т.д.

№2. Два мальчика и двое взрослых должны переправиться на другую сторону реки на плоту, который выдерживает либо двух мальчиков, либо одного мальчика и одного взрослого. Как осуществить переправу? Найди несколько способов решения этой задачи.

Алгоритм решения задачи:

	1 способ	2 способ	3 способ
шаг
шаг
шаг
шаг

Обозначения: 1м- один мальчик, 2м - два мальчика, 1в - один взрослый.

                        II.                Практикум по решению задач (на карточках). Ответы оформляют в виде текстового файла и отправляют преподавателю

1.             Злоумышленник поменял местами действия в алгоритме вычисления среднего арифметического из квадратного корня трёх чисел. Восстановите правильный порядок действий.

Присвоить а значение (а2+в2+с2) /3.

Вести а, в, с

Сообщить «Среднее арифметическое квадратов равно»  

2.             Исправьте следующий алгоритм решения уравнения (х-2) (х+2) =0: Присвоить х значение +-2.

Сообщить “Корни уравнения равны”. Сообщить первое значение х.

Сообщить второе значение х.

3.             Автомобиль проехал три участка пути разной длины с разными скоростями. Составьте алгоритм нахождения средней скорости автомобиля.

4.             Проснувшись утром, студент почувствовал недомогание. Находившийся рядом злоумышленник тут же составил для него следующий алгоритм:

-       Измерить температуру.

-       Если температура выше 37,0, то: Вызвать врача.

-       Пойти в колледж.

Несмотря на недомогание, студент исправил этот алгоритм, добавив всего две строки. Какие строки добавил студент?

5.             Запишите в виде алгоритмов правила определения знака:

А)     произведения двух действительных чисел;

Б)       суммы двух действительных чисел.

5.       Анализ и оценка выполненных работ и степени овладения студентами запланированными умениями

Для проверки уровня освоения вами материала по теме «Алгоритмы» перейдите по ссылке https://onlinetestpad.com/lzggwhogmdejg для прохождения теста. Обратите внимание на оценки, которые вам выставляет программа. Таблица с оценками формируется автоматически.  Время прохождения теста ограничено - 5 минут.

1. Какие из перечисленных документов являются алгоритмами?

а.        Правило правописания приставок, оканчивающихся на з, с  

б.       Программа телепередач

в.        Кулинарный рецепт приготовления блюда

г.        Инструкция по сборке проданного в разобранном виде шкафа

2.     Расчлененность алгоритма на отдельные элементарные действия – это

а.        Дискретность

б.       Определенность

в.        Массовость

г.        Детерминированность

3.     Выберите, что  из перечисленного является алгоритмами?

а.        Библиотечный каталог  

б.        Порядок набора международного телефонного номера

в.        Рецепт приготовления клея

г.         Настенный календарь на текущий год

4.     От имени какого ученого происходит термин «алгоритм»:

а.   Алан Тьюринг

б.   Ада Лавлейс

в.   Аль-Хорезми

г.    Джон Атанасов

5.     Графический способ записи алгоритмов называют:

а.   чертежом

б.   блок-схемой

в.   функциональной схемой

г.    рисунком

6.     Какого вида алгоритмов не существует:

а.   линейный

б.  актуальный

в.   разветвляющийся

г.   циклический

7.     Дан алгоритм:

o   Открой книгу на 3 странице;

o   сделай ксерокопии всех страниц по 23 включительно.

Каким является этот алгоритм по структуре?

а. линейный

б.  разветвляющийся

в.   не возможно определить

г.   циклический

8.     Выберите объект, который может являться исполнителем алгоитма

а. принтер

б.  книга

в.   стул

г.   карта

9.     Какая форма записи алгоритмов обладает наибольшей наглядностью?

а. словесная

б.  графическая

в.   построчная

г.   закодированная

6.            Домашнее задание. Рефлексия.   

Домашнее задание : [ОЛ1] с.370-387

Выучить определения, привести примеры использования алгоритмов в профессиональной деятельности человека.

Рефлексия построена по принципу незаконченного предложения. В конце учебного занятия обучающимся предлагается устно закончить следующие предложения

Варианты	ФИО учащегося
мНа сегодняшнем уроке я понял …, я узнал … юю…разобрался..
"На этом уроке меня порадовало..
"Я похвалил бы себя...
"Особенно мне понравилось..
"После урока мне захотелось..
"Я мечтаю о ..."
"Сегодня мне удалось..
"Я сумел...";
"Было интересно..."
"Было трудно..."
"Я понял, что..."
"Теперь я могу..."
"Я почувствовал, что..."
"Я научился..."
"Меня удивило..." и т.п.

Преподаватель подводит итог урока, выставляет оценки в соответствии с полученными результатами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из ведущих показателей, характеризующих ценность данного урока, является познавательная творческая деятельность обучающихся, организуемая и направляемая преподавателем с помощью различных методов и приемов.

Чередование видов деятельности способствует предупреждению перегрузки обучающихся в процессе урока. Формы организации познавательной деятельности соответствуют содержанию учебного материала и возрастным особенностям обучающихся. Методы обучения, используемые на уроке, разнообразны и способствуют лучшему усвоению учебного материала. Осуществляется сознательное и прочное усвоение знаний, умений и навыков на основе целенаправленного подведения обучающихся к обобщению и систематизации усвоенных знаний, а также их применение в практике учебного труда. Интенсифицируется процесс обучения, проявляющийся в напряженности учебного труда, благодаря высокому темпу работы и рациональному использованию времени. Связи между дидактическими задачами, содержанием учебного материала, методами и формами обучения обеспечивают оптимальное функционирование всей системы урока. Выбранный тип и вид урока позволяет полностью реализовать триединую дидактическую цель.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основные источники  [ОЛ]:

1.            Ляхович, В.Ф. Основы информатики : учебник / Ляхович В.Ф., Молодцов В.А., Рыжикова Н.Б. — Москва : КноРус, 2016. — 347 с. — ISBN 978-5-406-04695-1. — URL: https://book.ru/book/919275 (дата обращения: 09.12.2021). — Текст : электронный.

2.            Федеральный закон от 29.11.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации». Приказ Министерства образования и науки РФ от 17.05.2012 № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования».

3.            Приказ Министерства образования и науки РФ от 29.12.2014 № 1645 «О внесении изменений в Приказ Министерства образования и науки РФ от 17.05.2012 № 413 “Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования”».

4.            Письмо Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Минобрнауки России от 17.03.2015 № 06-259 «Рекомендации по организации получения среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образования».

Дополнительные источники [ДЛ]:

5.            Сергеева, И. И. Информатика : учебник / И.И. Сергеева, А.А. Музалевская, Н.В. Тарасова. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва  : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 384 с. — (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-8199-0775-7. - Текст : электронный.- URL: https://znanium.com/catalog/product/1083063 

6.             Плотникова, Н. Г. Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) : учеб. пособие / Н.Г. Плотникова. — Москва : РИОР : ИНФРА-М, 2019. — 124 с. — (Среднее профессиональное образование). — https://doi.org/10.12737/11561. - ISBN 978-5-369-01308-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/994603 

Интернет-ресурсы [ИР]:

·http://ru.iite.unesco.org/publications (Открытая электронная библиотека «ИИТО ЮНЕ­СКО» по ИКТ в образовании).

·www.megabook.ru (Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия, разделы «Наука / Математика. Кибернетика» и «Техника / Компьютеры и Интернет»).

ПРИЛОЖЕНИЯ

1.            Презентация  к   занятию