Решением данной задачи должен стать алгоритм прохождения робота по лабиринту.
Дети еще не знают, что такое алгоритм, блок-схема алгоритма. Не знают и хитростей обхода лабиринта: нужно идти, держась все время за одну стену (или правую, или левую).
Для записи придуманного алгоритма учитель показывает ученикам четыре основных элемента для построения блок-схем.
Итак, для игры у нас есть: задача, средства записи ее решения и, конечно, желание играть.
Нет пока еще правил игры. Но они станут понятны по ходу рассказа.
Сначала учитель предлагает детям для решения задачу, объясняя, как можно записать инструкцию для робота, как для проверки исполнить ее воображаемым роботом.
Когда готово решение, учитель предлагает одному из учеников нарисовать блок-схему алгоритма на доске.
В классе несколько оппонентов из числа претендентов на право первым показать свой алгоритм. Когда на доске готовы и лабиринт, и блок-схема алгоритма, начинается действие игры. Дети внимательно следят за тем, как автор будет отдавать роботу команды, показывая указкой, какую из них он читает на блок-схеме.
Оппонента мы вооружаем чем-нибудь, напоминающим робота, и просим, поставив робота в начало лабиринта, четко выполнять те команды, которые будут поступать от автора алгоритма.
Ребята, как нейтральные арбитры, тут же исправляют ошибки или сбои оппонента, если он повернул робота не в ту сторону, перешел к команде не по стрелке следования в блок-схеме. Идет “защита проекта”.
Заканчивается она либо поражением автора, когда, к радости всех “противников”, по его команде робот разбивается о стену или “топчется на месте”, выполняя повторяющиеся действия, либо алгоритм приводит к “победе” — и робот благополучно выходит из лабиринта. Начинаем следующий раунд “защиты” проекта нового автора и оппонента.
В ходе игры дети хорошо усваивают основные моменты, связанные с понятием алгоритма. Они различают, что такое исполнитель алгоритма, действия исполнителя. Они начинают понимать даже основные алгоритмические конструкции: альтернативы, повторения, линейные последовательности. Учитель при удобной ситуации, возникающей во время игры, старается заострить их внимание на тех или иных понятиях, объектах. Заметим, что новые знания, полученные в игре, грамотно акцентированные и обобщенные, дети усваивают лучше, глубже, уже готовыми к актуализации.
Игра “Автомат "Ленивые вареники"”
Игра в разработку и защиту проекта автомата по производству ленивых вареников очень похожа на предыдущую. Ленивые вареники — это тесто с творогом в однородной массе, раскатанное колбаской и разрезанное затем на небольшие доли, напоминающие пельмени, сваренное в подсоленной воде и поданное со сметаной. Для этой кулинарной технологии (она проста для понимания операций и их последовательности) дети легко придумывают воображаемые устройства.
Это не важно, что проекты этих устройств далеки от уровня, необходимого для выполнения их в металле, нет стройных чертежей и необходимых расчетов. Важно, что дети продумывают возможность автоматизации вполне осуществимого процесса, составляют алгоритм технологии реального производства. Такая задача позволяет расширить представление о природе понятия алгоритма, об исполнителе алгоритма и его возможностях.
Эта игра увлекает своей областью творчества — конструированием. Включаются пространственное воображение, весь житейский опыт, знания и представления из физики, математики, черчения. Установку проектируем для школьной столовой — это интересно всем. Производим подсчет производительности такого автомата и отвечаем на вопрос: как организовать подачу готовой продукции в горячем виде в короткий промежуток времени, ограниченный школьной переменой? Сколько понадобится одновременно таких установок?
Работа по конструированию, начатая в классе, иногда продолжается и дома. Дети, охваченные одной идеей или замыслом, группируются в конструкторские бюро. Внутри одного бюро появляется разделение труда по разработке проектов отдельных частей агрегата. Как правило, в таком временно собравшемся коллективе появляется лидер.
После домашней доработки и состыковки отдельных проектов в один начинается защита, которая представляет собой интересное зрелище, где оппонентами уже являются группы, желающие доказать, что их проект лучше.
Ролевые игры — неотъемлемая часть нашей жизни. Игровые формы обучения — это учебный труд, освещенный радостью перевоплощения, перехода в мир, создаваемый творчеством.
Игра “СуперЭВМ рассчитывает температуру”
Все больший интерес вызывают у учителей моделирование и нестандартные формы изучения информатики. Хочу предложить рассмотреть более подробно эту игру.
Разработанный урок в форме ролевой игры.
Цели урока: познакомить учащихся с принципами работы многопроцессорной ЭВМ с параллельно или конвейерно работающими процессорами; познакомить с постановкой и решением соответствующего класса прикладных задач для таких ЭВМ; наладить коллективные формы работы класса.
Содержание: решение задачи о распределении температуры в стене (упрощенной “вдвое” по сравнению с задачей о пластине.
Методика обучения: постановка задачи и объяснение ученикам их ролевых функций; выполнение учащимися роли взаимодействующих процессоров; представление процесса решения в форме графиков на доске; осознание учащимися через рефлексию своей деятельности способа решения всей задачи на суперЭВМ. Вычислительная техника в игре не используется.
Постановка задачи. Рассмотрим стену дома (наружную). Пусть внутри помещения температура равна 20°С, снаружи — 0°С. Как распределена температура по толщине стены?
Мысленно разобьем стену на несколько слоев, например, на 4. (Если больше, то процесс вычислений затянется). Обозначим температуры в середине каждого слоя через Т1, Т2, Тз, Т4. По закону сохранения энергии имеем:
к * (Тлев - Т) - к * (Т - Тправ) = 0,
где Т — температура в середине некоторого слоя,
Тлев и Тправ — значения температуры в соседних слоях,
к — коэффициент теплопроводности (далее не понадобится).
Для крайних слоев соседними значениями являются Тнаруж=0 Твнутр=0. Отсюда имеем систему уравнений:
Т1 =(0+Т2)/2, Т2=(Т1 +Т3)/2,
Т3 = (Т3 + Т4) / 2, Т4 = (Т3 + 20) / 2
с неизвестными Т1, Т2, Т3, Т4.
Полученную систему будем решать на “суперЭВМ с четырьмя процессорами”. Для этого разобьем учащихся на группы по 4 человека, лучше всего — сидящих в ряд (для геометрического подобия расположения слоев). Каждая группа и есть суперЭВМ с 4 процессорами — учащимися. Зададим для каждой группы какое-нибудь начальное значение всех неизвестных Т, например: 0,10, 20, 30 (в каждой группе свое).
Задача каждого учащегося — спрашивать у соседей значения их температуры и перевычислять свое среднее, можно вручную с точностью до десятых (здесь важен принцип, а не точность вычислений). Крайние “процессоры” имеют одним из соседних значений 0 и 20 соответственно. Каждый процессор ведет табличку вида:
| Тлев | Тмое | Тправ |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 5 | 10 |
| 2.5 | 6.2 | 10 |
Пусть, например, начальное значение всех неизвестных температур — ноль. Тогда сводная таблица результатов всех 4 процессоров выглядит так:
Т нар. Т1 Т2 Т3 Т4 Т внутр.
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |
| 10 | |||||
| 5 | |||||
| 2.5 | |||||
| 1.2 | |||||
| 12.5 | |||||
| 7.5 | |||||
| 4.3 | |||||
| 2.1 | |||||
| 13.2 |
Процесс прекращается, когда значения Тj , округленные до десятых, перестанут изменяться. Далее на доске графически изображается процесс последовательных усреднений.
Можно предложить учащимся самостоятельно построить ломаные, изображающие приближения, для случая других начальных значений, например, для своего варианта.
Обобщающие вопросы:
1. На основании какого общего закона физики выведены уравнения для температур слоев? (Закон сохранения энергии.)
2. Зависит ли результат от начальных значений? (Нет.)
3. Зависит ли результат от порядка работы процессоров? (Нет.)
4. Изменится ли результат, если один из процессоров один раз ошибся? (Нет, можно принять это распределение за начальное.)
5. Можно ли соседу забрать у процессора его старое значение в то время, когда он вычисляет новое? (Можно.)
6. Каким будет решение, если температура снаружи тоже 20°С ? (Температура в стене будет постоянна и равна 20°С.)
7. Как решать эту задачу на обычной ЭВМ с одним процессором? (Последовательно обходить и усреднять значения.)
8. Каким будет алгоритм одной итерации?
(НЦ для I от 1 до 4
T[i]:=(T[i-l] +T[i+ 1]) /2
КЦ)
(Эта информация только для учителя — итерационный метод Зейделя описан в учебниках по численным методам.)
Заметим: процесс усреднений напоминает реальный процесс прогрева начально холодной стены (в доме затопили печь).
Теперь учитель может рассказать о том, что реальные конструкции — доменные печи, реакторы, двигатели рассчитываются подобным же образом, только разбиение идет не на слои, а на кубики, и число их (и неизвестных T[i]) может достигать десятков тысяч. Ведутся работы по созданию ЭВМ, в которой будет 65536 процессоров.
Эта простая, хотя и несколько непривычная задача заслуживает того, чтобы ее рассмотреть в темах “Применение ЭВМ”, “Информационные модели”, “Устройство ЭВМ” или просто для “спасения” урока в компьютерном классе, если пропало напряжение в сети.
Глава III Исследовательская часть
Преддипломную практику я проходила в Ново-Крестьяновской средней школе в 8 классе. Учитель информатики Моисеева Анна Леонтьевна.
Перед практикой я была проконсультирована руководителем дипломной работы. Приходя в школу, я ознакомила учителя с темой своей дипломной работы и изучила тематическое планирование дисциплины.