Методика обучения структурному программированию

Обычно языком структурного программирования для изучения в школе выбирается Паскаль. Планируя курс, не следует стремиться изучить язык «полностью», ибо это потребует слишком много времени. Нужно помнить, что основной целью изучения языка является приобретение знаний и навыков алгоритмизации в структурном варианте и освоение методов решения того класса задач,

которые обычно реализуются на Паскале.

Рассказывая о языке Паскаль, следует остановиться и на Турбо ПаскалеПриведем перечень тем курса с краткими методическими рекомендациями по их изучению.

1) Алгоритмы и структурная алгоритмизация.

Эта тема должна предшествовать изучению собственно языка Паскаль и напомнить учащимся известные из базового курса понятия алгоритма и способов записи их в виде блоксхем. Затем переходят к изложению правил

структурной алгоритмизации на примере блок-схем трёх классических структур:следование, выбор и цикл. Необходимо привести примеры задач, реализуемых через единичный выбор (развилку), единичный цикл с предусловием. После чего можно перейти к изучению важного в структурном программировании понятия «суперпозиции», которое изучают на примере структуры типа «развилка, вложенная в цикл».

Типичной задачей для закрепления может быть: найти суммы положительных и суммы отрицательных чисел из вводимых последовательно в компьютер 100 любых чисел.

Затем следует рассмотреть другие суперпозиции: развилка в развилке, цикл в развилке, цикл в цикле.

Важнейшей идеей структурного программирования является идея модульности. Она означает, что вся программа должна быть разбита на модули с одним входом и одним выходом.

Далее следует рассмотреть принципы нисходящего проектирования (сверху–вниз) и пошаговой детализациии.

После отработки элементарных навыков структурной алгоритмизации следует переходить к изучению следующей темы и собственно языка Паскаль.

2) Введение в Паскаль.

При изучении структуры программы учитель может выбирать один из двух вариантов. Первый вариант - это вводить разделы по мере изучения языка. Второй вариант -сначала перечислить все возможные разделы программы (их может быть 8) и порядок их следования, а затем дать общее описание каждого раздела.

Вначале можно рассмотреть различие между естественными и формальными языками, выяснить смысл понятий синтаксис, семантика. Затем надо подвести учащихся к понятию метаязыка, как способа полного и однозначного описания допустимых в нём конструкций.

3) Данные и их типы. Выражения.

Изучая данную тему, следует обратить внимание учащихся на важность понятия данных, которые являются объектом обработки в ходе выполнения программы. Нужно подробно остановиться на понятиях: величина, постоянная величина, переменная величина, тип, имя, значение величины, простая величина, структурированная величина. На примерах следует показать, что величина может иметь одно имя и несколько значений. Для структуриванных величин рассматривают характеристики:упорядоченность -неупорядоченность, однородность-неоднородность,прямой доступ последовательный доступ, статическая – динамическая.

После этого на примерах вводят понятия о структурах данных: множество запись, файл, стек, очередь, строка и др.

Рассматривать типы данных целесообразно для четырёх стандартных типов:

• integer – целочисленный;

• real – вещественный;

• boolean –логический или булевский;

• char – символьный.

Затем на примерах показывается, какие значения могут принимать величины этих типов. Следует указать на то, что в Паскале обязательно в явном виде необходимо давать описание типов переменных.

Отдельно следует остановиться на понятии арифметическое выражениеУчащиеся в курсе математики уже встречались с понятием выражение, однако, интуитивно они связывают его с математической формулой. Поэтому надо сначала уяснить, что такое тип выражения, а затем добиться понимания учащимися следующих особенностей:

• тип выражения определяется типом принимаемых им значений;

• выражения строятся с помощью операций и скобок.

Понятия операнд, функция, знак операции следует объяснять на примерах конструирования арифметических выражений по особым правилам. Одновременно можно ввести арифметические действия и стандартные математические функции, которые известны учащимся из курса математики. В качестве методического приёма следует составить обобщающую таблицу для функций После изучения математических функций можно перейти к изучению сложного материала о нематематических функциях. Необходимо добиться понимания учащимися того, что нематематическая функция ввести арифметические действия и стандартные математические функции, которые известны учащимся из курса математики. В качестве методического приёма следует составить обобщающую таблицу для функций.

После изучения математических функций можно перейти к изучению сложного материала о нематематических функциях. Необходимо добиться понимания учащимися того, что нематематическая функция это та, у которой либо аргумент, либо результат имеют нечисловую природу. Нематематические функции могут входить в арифметические выражения. Примером такой функции является функция ord(х), аргумент которой может принимать значения типов char и boolean.

Далее можно перейти к конструированию нематематических выражений и отработать порядок построения логических выражений. Вводятся основные логические операции и записываются для них таблицы истинности. Затем на примерах показывается построение простейших логических выражений, и вычисляются их значения.

4) Операторы.

Эта тема является важной для изучения, поэтому учителю следует привести список основных операторов языка Паскаль:

• присваивания;

• ввода и вывода;

• условный;

• множественного ветвления;

• цикла с предусловием;

• цикла с параметром.

Оператор GOTO считается не входящим в структурное ввести арифметические действия и стандартные математические функции, которые известны учащимся из курса математики. В качестве методического приёма следует составить обобщающую таблицу для функций.

После изучения математических функций можно перейти к изучению сложного материала о нематематических функциях. Необходимо добиться понимания учащимися того, что нематематическая функция это та,у которой либо аргумент, либо результат имеют нечисловую природу. Нематематические функции могут входить в арифметические выражения. Примером такой функции является функция ord(х), аргумент которой может принимать значения типов char и boolean.

Далее можно перейти к конструированию нематематических выражений и отработать порядок построения логических выражений. Вводятся основные логические операции и записываются для них таблицы истинности. Затем на примерах показывается построение простейших логических выражений, и вычисляются их значения.

Изучение операторов рекомендуется начинать с оператора присваивание. Для учащихся постепенно формируется понимание того, что вычисляется выражение, стоящее справа от знака присвоения:=, а его результат присваивается переменной величине, стоящей слева от этого знака. Поэтому следует на примерах показать, что до присваивания переменная вообще не имеет значения. Следующим для изучения рекомендуются операторы ввода и вывода. Оператор вывода позволяет с помощью текстовых констант давать на экране монитора комментарий для выводимых данных.

Условный оператор можно изучать по аналогии со знакомой учащимся алгоритмической структурой «развилка». Следует обратить внимание на то, что после служебного слова if может следовать условное выражение, а не только простые условия в виде и/или.

Оператор множественного ветвления достаточно сложен для объяснения, поэтому на примерах показывают, как с его помощью можно избежать громоздких конструкций и сделать программу более удобной для восприятия

Операторы цикла начинают изучать с цикла с предусловием (цикл while), цикл с параметром (цикл for) обычно используют при организации циклических процессов при заранее известном числе выполнений тела цикла.

Завершая изучение, решают задачу с использованием каждого из трёх циклов и сопоставляют полученные результаты. Примером может быть задача нахождения суммы квадратов первых 100 натуральных чисел.

5) Структурированные типы данных.

Учителю следует показать,что при обработке больших объёмов данных

невозможно обойтись без структурирования, т.е. их упорядочивания и организации определённым образом. Типичным примером структурирования является использование таблиц. Рассмотрим кратко структурированные типы данных.

Массивы. Это есть последовательность однотипных элементов. Основное

свойство массива -наличие упорядоченной однородной статической структуры прямого доступа. Для выделения элементов массива используется способ, называемый индексация. Линейный массив можно трактовать как цепочку какихлибо элементов. Многомерный массив можно представить как одномерный, элементами которого являются другие массивы. Формировать навыки применения массивов можно при решении задач:

• ввод и вывод элементов линейного массива (организуется простой цикл);

• подсчет числа определённых элементов линейного числового массива;

•нахождение наибольшего и наименьшего элемента линейного числового массива (организуется цикл с вложенной развилкой).

Интересной для учащихся является задача «Решето Эратосфена» – нахождение простых чисел из массива.

Строки. Этот тип данных обычно предназначен для обработки текстовой информации. Для работы со строками используются функции: delete, concat, copy, insert, length, pos и процедуры преобразования типов: str, val.

Типичными задачами для освоения приёмов использования строковых типов данных являются:

• найти, сколько раз в тексте встречается заданный символ или слово;

• заменить одно слово на другое или один фрагмент текста на другой.

Множества. Под множеством понимается неупорядоченная совокупность различных однотипных элементов. Этот тип данных обычно изучается в познавательном плане. Типовым примером может быть задача «Решето Эратосфена».

6) Организация алгоритмов поиска и сортировки.

Изучение алгоритмов поиска и сортировки занимает важное место в обучении информатике из-за их использования в широком классе прикладных задач – для построения баз данных и поиска информации. Задача поиска – это определить в некоторой структурированной величине некий объект и место где он находится. Повседневным примером является поиск номера телефона абонента в телефонном справочнике. Следует подвести учащихся к пониманию, что поиск будет эффективен, если он ведётся в упорядоченной (отсортированной) структуре и алгоритм его элементарен. Затем следует перейти к рассмотрению основной задачи -сортировки на примере простой задачи: расположить числа в линейном массиве по возрастанию. Для наглядного показа алгоритма сортировки учителю можно использовать материальную модель карточки с написанными на них числами, которые переставляют на классной магнитной доске, и показать два стандартных метода сортировки: прямых обменов и пузырьковый.

Следует обратить внимание учащихся, что сортировать таким образом можно не только числовые массивы, но и массивы символов, массивы записей (по одному из полей ключу сортировки) и т.д. Если учитель располагает временем, то можно привести примеры более сложных профессиональных методов сортировки массивов -сортировка Шелла, сортировка выбором с помощью дерева, шейкерная сортировка.

7) Работа с графикой в Турбо Паскале.

Эта тема является традиционно популярной для изучения и с энтузиазмом встречается учащимися. Графический модуль Graph можно начинать изучать с процедуры перехода в графический режим InitGraph. Так как в модуле более 50 процедур, то учителю следует составить по ним справочник в виде таблицы и повестить для обозрения.