Развитие алгоритмического мышления при обучении студентов

РАЗВИТИЕ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ
СТУДЕНТОВ В СПО
Саликова О.В., Мирошниченко Е.Н.
Индустриально-педагогический колледж ОГУ, г. Оренбург
Мышление — высшая ступень человеческого познания, процесс
отражения окружающего реального мира, основанный на двух принципиально
различных психофизиологических механизмах: образования и непрерывного
пополнения запаса понятий, представлений и вывода новых суждений и
умозаключений. Мышление позволяет получить знание о таких объектах,
свойствах и отношениях окружающего мира, которые не могут быть
восприняты непосредственно.
Изучение основ алгоритмизации и программирования, физики и
математики в рамках среднеспециального профессионального образования
необходимо для развития алгоритмического или процедурного мышления.
Искусство составлять задачи требует особого мыслительного навыка алгоритмического мышления, которым люди, как правило, изначально не
обладают. Обратим внимание, что это именно навык, т.е. доведённое до
автоматизма умение решать тот или иной вид задачи.
Алгоритмическое мышление это система мыслительных действий и
приемов, направленных на решение теоретических и практических задач
результатом которых являются алгоритмы как специфические продукты
человеческой деятельности [2].
Данный стиль мышления характеризуется точностью, определенностью,
формальностью и, как правило, связывается с теоретической деятельностью. Он
позволяет решать задачи, возникающие в любой сфере деятельности человека, а
не только в теоретической, например, в программировании или математике, как
традиционно считается. Алгоритмическое мышление не связано лишь с
вычислительной техникой, так как само понятие алгоритма, хотя и
интуитивное, возникло задолго до появления первого компьютера. Решая
большинство задач, человек, в той или иной мере, применяет алгоритмический
подход, хотя отдельные этапы этого процесса могут носить ассоциативный
характер.
Оперативным мышлением называют процесс решения практических
задач, который приводит к созданию у человека мыслительной модели
предполагаемой совокупности действий – плана операций – с реальными
объектами и процессами.
В свою очередь, на понятие алгоритмического стиля мышления влияют
особенности оперативного мышления. Среди таких особенностей выделяется,
прежде всего, его практическая направленность. Применяя оперативное
мышление при решении разнообразных задач студент должен спланировать не
только действия, но и выбрать ресурсы (информационные, технические),
используемые при решении.
Основной целью изучения любой дисциплины является не изучение
теории как таковой, а ее практическое применение. Именно поэтому во время
лекций необходимо подробно останавливаться на примерах решения задачи.
При рассмотрении типовых задач видна практическая значимость изучаемого
материала.
Начинать решение необходимо с разбора условия задачи. Поясним все
действия на примере, при решении конкретной задачи из курса «Основы
алгоритмизации и программирования».
Пример 1. Найти сумму цифр заданного положительного трехзначного
числа.
Решение начинаем со словесной формулировки того что нам надо найти.
Т.е. составляем словесный алгоритм решения задачи.
Алгоритм выглядит следующим образом:
1Необходимо разбить трехзначное положительное число на цифры
входящие в его состав.
2 Вычисляем сумму найденных цифр.
По словесному описанию составляем блок схему алгоритма, используя
основные алгоритмические конструкции.
В данном случае блок схема выглядит следующим образом (рисунок 1).
Основываясь на блок - схеме алгоритма остается только перекодировать ее в
язык Паскаль. В результате получаем готовую программу:
начало
Ввод
трехзначного
числа
N1:=N mod 10
N2:=N div100
N3:=Ndiv10mod10
S:=N1+N2+N3
Вывод суммы
чисел
Program example1;
Var
N, N1, N2, N3, S: integer;
Begin
Writeln
(‘введите
трехзначное
положительное число’);
Readln (N);
N1:=N mod 10;
N2:=N div100;
N3:=Ndiv10mod10;
S: =N1+N2+N3;
Writeln (‘вот ваш результат’,N);
Readln;
End.
конец
Рисунок 1 –Блок - схема алгоритма решения задачи
Рассмотренная нами задача является одной из первых задач, решаемых на
занятиях по программированию. Основными трудностями при ее решении
являются следующее:
- непонимание самого условия задачи;
- трудности при разбиении числа на отдельные цифры.
Тяжелыми для восприятия являются операции div и mod, именно с точки
зрения математики. Так как данные операции дают целое от деления и остаток
от деления соответственно. При решении таких задач
развивается
алгоритмическое и операциональное мышление.
Данный прием применим не только при преподавании специальных
дисциплин, но и для общеобразовательного цикла.
Так, например при решении типовых задач во многих темах курса
«Физики» может быть составлен свой перечень алгоритмических предписаний,
руководствуясь которыми, студенты осуществляют поиск решения задачи.
Например, словесный алгоритм решения задач по теме «Законы Ньютона» в
разделе «Механика».
Для решения задач динамики целесообразно использовать следующий
стандартный подход.
1 Изобразить силы, действующие на каждое тело в инерциальной
системе отсчета.
2 Записать для каждого тела второй закон Ньютона в векторной форме.
3 Выбрать координатные оси. Если заранее известно направление
ускорения, то целесообразно направить одну из осей вдоль ускорения, а вторую
перпендикулярно ему.
4 Проецируя второй закон Ньютона на координатные оси, получить
систему уравнений для нахождения неизвестных величин.
5 Решить полученную систему уравнений, используя аналитические
выражения для всех сил и дополнительные условия [4].
Пример 2. Тело массой 5 кг лежит на полу лифта, поднимающегося вверх.
Ускорение лифта 2 м/с2. Определите силу давления на пол лифта (вес
тела).
Дано:
Решение:
m = 5 кг
На тело действуют две силы – сила тяжести
и
сила
a = 2 м/с2
нормального давления N (рисунок 2).
P-?
Рисунок 2 – Силы, действующие на тело
Второй закон Ньютона запишется в виде
Направление движения лифта не указывает направления ускорения,
поэтому рассмотрим два случая.
1) Ускорение направлено вверх.
Ось у направим вертикально вверх. Проецируя на ось у ускорение и силы,
получим
Откуда
По третьему закону Ньютона сила, с которой пол лифта действует на
тело, равна силе, с которой тело действует на пол, т.е. весу тела:
P = 5(2 + 10) = 60 Н.
2) Ускорение направлено вниз.
Проецируя на ось у ускорение и силы, получим
Откуда
P = 5(10 – 2) = 40 Н.
Ответ: Р = 60 Н; 40 Н.
Итак, при обучении необходимо использовать унифицированную и
формализованную процедуру перехода от словесно-формульного описания
метода решения задачи к схеме алгоритма этой задачи, причем такой схеме,
которая может быть формально перекодирована в программу на
алгоритмическом языке. Эта процедура позволяет строго логически выводить
формулы и условия, составляющие «начинку» алгоритма. Особенность такого
подхода еще и в том, что он требует от студента подробного описания процесса
вывода алгоритма, поэтому процесс обучения алгоритмизации становится
хорошо наблюдаемым для преподавателя, а значит, и хорошо управляемым.
В качестве основного средства описания алгоритмов можно выбрать
блок–схемы алгоритмов или словесный метод – наиболее наглядные и
понятные, а кроме того, и наиболее естественные для человека способ, т.к.
человек мыслит образами и ему легче их воспринимать.
Данная методика доступна любой категории студентов, хотя и вызывает
некоторые трудности. Она позволяет обучающимся «прочувствовать» суть
каждого вида алгоритмов, предлагает им правила самоконтроля:
- правила нахождения ответов к задачам алгоритмизации;
- позволяет понять и закрепить принципы решения задач.
Главное преимущество данной методики в применении не только для
перечисленных задач, а в ее универсальности для дисциплин разных циклов,
что способствует формированию как общеобразовательных так и
профессиональных компетенций любой специальности.
Список литературы
1 Жужжалов, В. Е. Специфика обучения программированию при
подготовке студентов – информатиков / В. Е. Жужжалов. - М. : Вестник
МПГУ. – 2006 - №1.
2 Кнут, Д. Алгоритмическое мышление и математическое мышление /
Д. Кнут. - Режим доступа: http: // www.philosophy.ru/library/math/knut/knut.html
. - Загл. с экрана.
3 Обучение алгоритмическому мышлению. - Режим доступа :
http://www.intuit.ru/department/se/proghum/2/2.html. - Загл. с экрана.
4 Мирошниченко, Е. Н. Механика: методические указания к решению
задач / Е. Н.Мирошниченко; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург : ОГУ, 2011. 33 с.
5 Открытый колледж: физика [Электронный ресурс]. – М. : ФИЗИКОН,
2008-2009. – Режим доступа: http://www.colledge.ru/physics/index.php. - Загл. с
экрана.