Инфоурок Информатика КонспектыУрок по информатике и ИКТ на тему "Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек" (10 класс физико-информационный профиль)

Урок по информатике и ИКТ на тему "Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек" (10 класс физико-информационный профиль)

Скачать материал

Кейс «Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек»

Предмет: Информатика и ИКТ

Класс: 10 кл физико-информационный профиль (а также 11кл при подготовке к ЕГЭ).

Время занятия: 2 урока

Вид кейса: обучающий

Тип кейса: аналитический

Тема урока: Решение Систем логических уравнений с помощью битовых цепочек.

Цель: Выработка умений и навыков аналитической деятельности при решении логических уравнений. Выработка умений и навыков обучающихся к работе со специальным набором учебно-методических материалов (кейсом) по решению логических задач и максимально активизировать каждого обучающегося в самостоятельную работу по решению кейса.

Задачи:

  •  обобщить знания о преобразовании логических выражений;
  • освоить новый метод решений систем логических уравнений;
  • развивать инициативу, любознательность, умственную активность;
  • формировать коммуникативные навыки, умения вырабатывать и аргументировать самостоятельные решения, навыки сотрудничества в группах.

Оборудование: набор учебно-методических материалов (кейс) для самостоятельной работы, компьютеры подключенные к Интернету и локальной сети, мультимедиа проектор, интерактивная доска.

И- Идентификация проблемы:

Во время проведения ЕГЭ-2011 в контрольно-измерительных материалах (КИМ) впервые появилась задача, в которой требовалось найти количество решений системы логических уравнений. Автором этой интересной и сложной задачи, давшей начало целому классу задач, был Сергей Федорович Сопрунов, известный, в частности, своими методическими материалами по преподаванию языка Лого. Ему же в основном принадлежат идеи, на которых основаны приводимые далее решения.

При первом знакомстве с задачей состояние учеников (и учителей!) было близко к шоковому, об этом говорит и крайне низкий процент выполнения этого задания на
ЕГЭ- 2011 — 3,2% (значительно меньше, чем для самой сложной задачи по программированию, С4). В прошедшие годы (2012–2014) эта задача прочно обосновалась в КИМ, не смотря на многочисленные претензии учителей информатики. В первую очередь это связано с тем, что она действительно оказалась сложной. Многие педагоги, в том числе и в известных на всю страну физико-математических школах, открыто рекомендуют своим ученикам не решать эту задачу вообще или решать ее в последнюю очередь, когда все остальное решено и осталось свободное время. В то же время, как показал опыт, задача является хорошим ориентиром при изучении логики и позволяет сильным ученикам проявить себя при сдаче ЕГЭ.

Учителями информатики было предложено несколько методов решения систем логических уравнений, большинство из которых сводилось к последовательному подключению уравнений: сначала вычисляется количество решений первого уравнения, потом — системы из первых двух уравнений и т.д. К сожалению, все решения этого типа получаются достаточно громоздкими [4–7]. Тем не менее процент выполнения этого задания уже через год повысился до 13,2% [8]. К сожалению, аналитические отчеты Федеральной комиссии за 2013 и 2014 годы не публиковались, поэтому отследить дальнейшее развитие ситуации по официальным источникам невозможно.

Д - Вопросы для обсуждения:

  • Актуальна ли эта проблема для вас?
  • Какова причина данной ситуации?
  • Как собираетесь выходить из данной ситуации?
  • Удовлетворяют ли вас известные вам методы решения систем логических уравнений?
  • Как вы считаете есть ли альтернативные методы решения данных задач?

Е – Есть варианты решения:

Решение — битовый вектор.

Учитель сообщает тему урока и дает комментарии об объеме работ, формулирование вместе с учащимися цели и задач урока, ознакомление с критериями оценок и прогнозируемого результата, объяснение порядка работы с кейсом. (Так как работа рассчитана на 2 урока учащиеся заранее к первому уроку знакомятся с частью материала кейса – повторение ранее изученного материала: логические операции, законы логики, методы преобразования логических выражений) Основные материалы кейса обучающиеся получают непосредственно на занятии и работают с ним, также знакомятся с рекомендованной учителем дополнительной литературой, часть заданий по работе с кейсом выполняется дома индивидуально каждым. Ознакомление обучающихся с заданием кейса в бумажном и электронном виде (в школьных компьютерах через локальную сеть и Дневник.ru дома).

Первый этап дискуссии - организация дискуссии в подгруппах:

 - обсуждение решения по заданию кейса, поиск аргументов и решений (обучающийся, познакомившись с заданием, самостоятельно анализирует ситуацию, представляют свои решения в дискуссии с другими членами подгруппы);

 - выбор лучшего решения в рамках подгруппы и организация презентаций решений в подгруппах.

Второй этап дискуссии (второй урок –организация общей дискуссии в классе для принятия окончательных решений:

 - выступления подгрупп, каждая группа предлагает свою версию выполненного задания (публичная, устная презентация решений);

 - участие в обсуждении обучающихся других подгрупп;

 - участие в обсуждении учителя.

Итоговая стадия работы над кейсом - заключительная презентация результатов решения задания (сравнение нескольких вариантов решения). Затем идет обобщающее выступление учителя -  анализ ситуаций и оценивание работы каждой подгруппы учителем.

 

            Задание:

Применяя ранее полученные знания и новую информацию (материалы кейса) освоить альтернативный метод решения характерных типов задач с системами логических уравнений, затрачивая минимум усилий и используя максимум знаний?

 

А А теперь за работу!

Учитель предъявляет кейс, проясняет смыслы представленных в нем заданий. Учащиеся разбиваются на мини группы, знакомятся с представленной информацией. Учатся применять имеющиеся знания по пройденному теоретическому материалу (алгебра логики) для решения логических систем уравнений. Делают умозаключения (индуктивное и по аналогии) и выводы по решению данного типа задач на основе аргументации.

 

Решение — битовый вектор

Пусть задана некоторая система логических (часто говорят — булевых) уравнений от переменных x1 x2,…, xN вида

F1(x1, x2, , xN )=1

FM(x x xN )=1

Слово “логических” означает, что переменные x1 x2,…, xN — логические, то есть принимают значения 0 или 1, и выражения F1,...FM, зависящие от этих переменных, — тоже логические (множество их возможных значений — {0, 1}). Решением этой системы называется такой вектор значений X x1x2…xN , при котором все уравнения обращаются в тождества. Поскольку все переменные, входящие в решение X, логические (0 или 1), все решение можно рассматривать как цепочку нулей и единиц длиной N. Такие цепочки называют битовыми цепочками, или битовыми векторами.

При анализе систем логических уравнений удобно не исключать поочередно неизвестные, как это часто делается при решении алгебраических уравнений, а рассматривать битовый вектор–решение как целое, как единый объект. Результатом такого анализа будет описание множества векторов-решений, которое позволит подсчитать количество решений.

Как и в случае алгебраических уравнений, до того, как исследовать возможные решения, систему бывает полезно упростить или использовать замену переменных.

Для начала мы разберем несколько простых уравнений и систем, а затем перейдем к более сложным, которые использовались в задачах ЕГЭ прошлых лет. Отметим, что для проверки правильности решений систем логических уравнений можно использовать бесплатную программу, которая размещена на сайте [4].

Подведение итогов – второй урок.

Представление результатов групповой работы.

Проверка правильности решений систем логических уравнений используя бесплатную программу, которая размещена на сайте [4]. Обсуждение. Экспертиза между группами результатов работы групп по поиску по поиску оптимального решения для каждой из предложенных задач.

 

 

Содержание кейса:

 

Что нужно знать:

·   таблицы истинности логических операций «И», «ИЛИ», «НЕ», «ЕСЛИ…, ТО…», «ТОГДА И ТОЛЬКО ТОГДА»

·   правила преобразования логических выражений;

·   законы алгебры логики

 

·        Решение — битовый вектор

·        Простейшие случаи

·        Демоварианты ЕГЭ

·        Другие задачи

 

    • Литература

1.      Поляков К.Ю., Ройтберг М.А. Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек // Информатика, № 12, 2014, с. 4-12.

2.      Сопрунов С.Ф. Непростое программирование на Лого. М.: Московский институт открытого образования, 2011.

3.      Аналитический отчет о результатах ЕГЭ-2011. Информатика и ИКТ. URL: http://fi pi.ru/sites/default/files/document/1408709946/2.11%20inf-11-11.pdf (дата обращения 16.09.2014).

4.      Поляков К.Ю. Подготовка к ЕГЭ по информатике [Электронный ресурс] URL: http://kpolyakov.spb.ru/school/ege.htm (дата обращения 16.09.2014).

5.      Поляков К.Ю. Логические уравнения // Информатика, № 14, 2011, с. 30–35.

6.      Мирончик Е.А. Метод отображения // Информатика, № 10, 2013, с. 18–26.

7.      Мирончик Е.А. Люблю ЕГЭ за В15, или Еще раз про метод отображения // Информатика, № 7–8, 2014, с. 26–32.

8.      Аналитический отчет о результатах ЕГЭ-2012. Информатика и ИКТ. URL: http://fipi.ru/sites/default/files/document/1408709880/2.11.pdf (дата обращения 16.09.2014).

9.      Поляков К.Ю., Еремин Е.А. Информатика. 10-й класс. Углубленный уровень. В двух частях. М.: Бином, 2014.

10.  Демоверсия, спецификация, кодификатор ЕГЭ-2015 по информатике [Электронный ресурс] URL:http://fipi.ru/sites/default/files/document/1409834615/inf11_2015.zip
 (дата обращения 16.09.2014).

11.  Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: Феникс, 2007.

 

Творческая практическая работа

Ф.И._________________________ класс ________

Задание 1. Самостоятельно изучите суть метода решения Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек (Решение — битовый вектор).

Задание 2. Самостоятельно изучите задания с решениями из презентации «Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек» (Простейшие случаи и Демоварианты ЕГЭ).

Задание 3. Решите задачи: (Другие задачи)

Задание 4. Сохраните практическую работу под Вашей фамилией и отправьте учителю по электронной почте или Дневник.ru.

 

Л логический вывод

Логический вывод:

Мы рассмотрели класс задач, связанных с решением систем логических уравнений. Эти решения удобно представлять в виде битовых векторов.

Существует аналогия между представлением решения логических систем в виде битовых векторов и представлением решения алгебраических систем в виде точек (векторов) на плоскости или в пространстве. Аналогия между алгеброй и логикой представляется продуктивной при разборе рассматриваемой темы.

Проследим эти аналогии и различия.

·        Рассмотренные задачи во многом непривычны, если отталкиваться от уравнений и систем, изучаемых в курсе математики.

·        Непривычна сама постановка задачи, предполагающая, что система имеет много решений. В школьной математике уравнение (система), как правило, имеет одно решение или немного решений. (На это отличие стоит обратить внимание учеников, особенно сильных.)

·        Непривычно то, что мы стараемся понять, как устроено все множество решений, и только затем, на основе этого понимания, определяем количество решений и (хотя это и не требуется по условию задачи) можем выписать сами решения. Уравнения, входящие в систему, рассматриваются как ограничения, наложенные на комбинации битов.

Аналогом такой постановки задачи в школьной математике являются вопросы типа “Как устроено множество точек (x, y), удовлетворяющих уравнению x2 y2 =1?”. Умение переводить описание набора битовых решений с языка систем логических уравнений на более “естественный” язык — это то, что требуется ученику при решении рассмотренных задач.

Отметим, что при решении некоторых задач, даже поняв, какие ограничения на множество битовых векторов-решений накладывают уравнения, мы не можем написать явную формулу для количества решений. Однако во многих подобных случаях удается написать рекуррентное уравнение и с его помощью решить задачу (см. задачи 6, 7).

 

Таким образом, задача сводится к тому, чтобы выявить структуру всех решений (определить, какие комбинации битов допустимы, а какие — запрещены) и подсчитать количество подходящих решений, используя формулы комбинаторики. Так же, как и при решении алгебраических уравнений, при этом нужно:

1) уметь решать базовые (“элементарные”) уравнения и

2) уметь упрощать уравнения с помощью тождественных преобразований и замен переменных.

3) знать законы логики (таблица 1 кейса).

Обоснование целесообразность применения

Данная технология соответствует принципам системно-деятельностного подхода и поэтому востребована в условиях введения ФГОС основного общего образования.

В основе технологии кейсов лежит имитационное моделирование.

Данная технология опирается на дидактические принципы:

1.                  Индивидуальный подход к каждому учащемуся, учет особенностей познавательных стилей и потребностей, в процессе обсуждения и размышления каждый будет использовать собственные возможности, дополнять и развивать групповое суждение.

2.                  Вариативность, данный метод предполагает возможность опоры на разнообразный материал и способы его обработки, что обеспечивает свободу в обучении и возможность выбора.

3.                  Активность обучения обеспечивается непосредственным вовлечением обучающихся в решение «реальных» проблем.

4.                  Умение работать с информацией.

5.                  Успешности в обучении, которая обеспечивается за счет опоры на сильные стороны обучающихся.

6.                  Проблемности, проявляющейся опоре на конкретные задачи, возникающие в реальной практике жизни, образования.

 

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Урок по информатике и ИКТ на тему "Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек" (10 класс физико-информационный профиль)"

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 3 месяца

Руководитель службы приёма заявок

Получите профессию

Бухгалтер

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Краткое описание документа:

Кейс «Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек»

Предмет: Информатика и ИКТ

Класс: 10 кл физико-информационный профиль (а также 11кл при подготовке к ЕГЭ).

Время занятия: 2 урока

Вид кейса: обучающий

Тип кейса: аналитический

Тема урока: Решение Систем логических уравнений с помощью битовых цепочек.

Цель: Выработка умений и навыков аналитической деятельности при решении логических уравнений. Выработка умений и навыков обучающихся к работе со специальным набором учебно-методических материалов (кейсом) по решению логических задач и максимально активизировать каждого обучающегося в самостоятельную работу по решению кейса.

В основу разработки урока лег метод решения системы решения логических уравнений описанный Поляковым К.Ю., Ройтберг М.А. Системы логических уравнений: решение с помощью битовых цепочек // Информатика, № 12, 2014, с. 4-12.

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 653 607 материалов в базе

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 03.10.2016 2403
    • DOCX 88 кбайт
    • 16 скачиваний
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Ефанова Наталья Владимировна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Ефанова Наталья Владимировна
    Ефанова Наталья Владимировна
    • На сайте: 7 лет и 6 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 2520
    • Всего материалов: 1

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Менеджер по туризму

Менеджер по туризму

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Теоретические и методологические основы преподавания информатики с учётом требований ФГОС ООО

72 ч. — 180 ч.

от 2200 руб. от 1100 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 154 человека из 50 регионов
  • Этот курс уже прошли 1 714 человек

Курс профессиональной переподготовки

Информатика: теория и методика преподавания в профессиональном образовании

Преподаватель информатики

300/600 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 49 человек из 21 региона
  • Этот курс уже прошли 148 человек

Курс профессиональной переподготовки

Математика и информатика: теория и методика преподавания в профессиональном образовании

Преподаватель математики и информатики

500/1000 ч.

от 8900 руб. от 4450 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 42 человека из 24 регионов
  • Этот курс уже прошли 52 человека

Мини-курс

Архитектура мира: от Крита до Австралии

6 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 44 человека из 21 региона
  • Этот курс уже прошли 13 человек

Мини-курс

Самоповреждающее поведение у подростков: профилактика и методы работы

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Психологическая работа с эмоциональными и поведенческими проблемами

10 ч.

1180 руб. 590 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 225 человек из 59 регионов
  • Этот курс уже прошли 49 человек