ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ МАТЕМАТИКИ MAPLE ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ В КУРСЕ

ИНФОРМАТИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

САРКЕЕВА АННА НИКОЛАЕВНА МБОУ «Средняя общеобразовательная русско-татарская школа № 161»

Советского района г.Казани, учитель информатики и ИКТ

Программирование является стержнем курса информатики, это средство развития алгоритмического мышления школьника. Наряду со средами Basic и Turbo Pascal для обучения программированию, или даже в качестве альтернативы, в школе может использоваться компьютерный математический пакет Maple, обладающий множеством полезных для процесса обучения качеств, как например, доступный интерактивный интерфейс; язык программирования, соответствующий логическому мышлению человека; высокие графические возможности; биективная система отображения; богатая библиотека приложений.

Изучение разных языков программирования дает понимание того, что

решение задачи не зависит от выбранного языка, однако знакомство и знание нескольких языков программирования позволяет направить мышление на многовариантность решений задач и дополнительное алгоритмическое, логическое и математическое развитие.

Методическая система обучения программированию в курсе информатики на профильном уровне с использованием компьютерного математического пакета представлена следующими компонентами: цель, содержание, методы, формы и средства обучения. В методической системе цель обучения является компонентом, определяющим содержание других компонентов системы и характер их взаимосвязей.

Цели обучения школьников курсу программирования сводятся к развитию алгоритмического, логического и математического мышления. При выборе и уточнении средств обучения программированию цели курса программирования становятся более конкретными и разноплановыми.

Цели обучения программированию в профильном курсе информатики в средней школе с использованием компьютерного математического пакета Maple:

• Сделать процесс обучения информатике более наглядным, интерактивным и интересным, а значит, более эффективным;

• Достичь более тесного соответствия принципов структурного программирования логике математического мышления для развития алгоритмического мышления и качественного усвоения основ программирования в средней школе;

• Используя аналитические возможности компьютерного математического пакета Maple и графическую интерпретацию результатов программирования, развить системное мышление учащихся и, тем самым, их творческие и исследовательские способности;

• Активизируя творческую и познавательную деятельность на основе компьютерного математического пакета Maple, технологий моделирования и проектного метода, научить школьников создавать авторские программные продукты;

• Повысить профессиональную ориентацию учащихся в естественно - научном и техническом направлениях, развить профессиональные компетенции и практические умения применения информационных технологий в урочной и внеурочной деятельности.

Для достижения целей обучения необходимо определить содержание процесса обучения. Выбор в качестве средства обучения конкретного программного обеспечения, например, компьютерного математического пакета Maple приводит к необходимости пересмотра содержания курса программирования.

В содержание обучения программированию в курсе информатики средней школы с использованием компьютерного математического пакета Maple могут входить два компонента (см. рис.1)

Рис.1. Модель содержания системы обучения программированию

на основе Maple.

Рассмотрим подробнее схему, представленную на Рис.1. Первым компонентом является элективный курс «Изучение пакета символьной математики Maple», который рассчитан на 34 часа, 1 час в неделю. Курс может проводиться в 10 или 11 классах, в зависимости от учебного плана и календарно-тематического планирования курса информатики в школе. Он направлен на изучение возможностей компьютерного математического пакета Maple в системе школьного образования и является базой для изучения основ программирования в школе при использовании Maple в качестве среды программирования. Таким образом, вторым компонентом внедрения компьютерного математического пакета Maple в курс информатики является обучение программированию с заменой изучаемой среды программирования с Basic и Turbo Pascal на компьютерный математический пакет aple. Далее представлена примерная программа раздела курса информатики, реализующая эту идею.

В результате изучения программирования в среде компьютерного математического пакета Maple учащиеся должны знать:

• основные алгоритмические структуры;

• основные конструкции языка программирования Maple;

• возможности компьютерного математического пакета Maple;

• основные понятия: алгоритм, следование, ветвление, цикл, операторы присваивания, массивы, строки, процедуры, функции;

• понятия «пользовательская библиотека процедур», «маплет».

Учащиеся должны уметь:

• осмысливать задачу;

• находить необходимую недостающую информацию;

• реализовывать основные алгоритмические структуры (следование, ветвление, цикл) с помощью операторов в Maple;

• решать задачи на реализацию следования, ветвления и цикла;

• решать задачи на обработку массивов, строк;

• задавать функции и процедуры;

• создавать графические объекты и анимацию;

• решать комбинированные задачи.

По характеру познавательной деятельности учащихся выделяют четыре основных метода обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, проблемный, исследовательский. Рассмотрим их реализацию на уроке информатики с использованием компьютерного математического пакета Maple. Объяснительно-иллюстративный метод обучения реализует использование компьютерного математического пакета Maple в качестве средства для создания демонстрационных материалов к урокам и интерактивных обучающих пособий. Репродуктивный метод обучения с применением компьютерных средств предусматривает усвоение знаний, сообщаемых ученику преподавателем и (или) компьютером, и организацию деятельности обучаемого по воспроизведению изученного материала и его применению в аналогичных ситуациях. Знания и умения программирования отрабатываются школьниками в среде компьютерного математического пакета Maple. Проблемный метод обучения использует возможности компьютерного математического пакета Maple для организации учебного процесса как постановки и поисков способов разрешения некоторой проблемы. В теории М.И. Махмутова проблемное обучение представляет собой «тип развивающего обучения, в котором сочетаются систематическая самостоятельная поисковая деятельность учащихся с усвоением ими готовых выводов науки, а система методов построена с учетом целеполагания и принципа проблемности; процесс взаимодействия преподавания и учения ориентирован на формирование познавательной самостоятельности учащихся, устойчивости мотивов учения и мыслительных (включая и творческие) способностей в ходе усвоения ими научных понятий и способов деятельности, детерминированного системой проблемных ситуаций».

Главной целью является максимальное содействие активизации познавательной деятельности обучаемых. В процессе обучения предполагается решение разных классов задач на основе получаемых знаний, а также извлечение и анализ ряда дополнительных знаний, необходимых для разрешения поставленной проблемы. При этом важное место отводится приобретению навыков по сбору, упорядочению, анализу, и передаче информации. Фактически основой для этого является моделирование реального творческого процесса за счет создания проблемной ситуации и управления поиском решения проблемы. При этом осознание, принятие и разрешение этих проблемных ситуаций происходит при оптимальной самостоятельности учащихся, но под общим направляющим руководством педагога в ходе совместного взаимодействия. Этот аспект чрезвычайно важен, поскольку в нем, собственно, и состоит основное отличие проблемного обучения от эвристического, предполагающего, что обучение происходит при «незнании» не только ученика, но и учителя. Помимо повышения мотивации одним из эффектов применения проблемных методов обучения является развитие внимания, воли, повышение самооценки учащихся. Все это, в свою очередь, благоприятно отражается на иных функциях обучения: как на усвоении знаний, умений и навыков, так и на повышении творческого потенциала учащихся. Именно параллельное обучение школьников основам работы в Maple и возможностям программирования в этом компьютерном математическом пакете дает возможность для эффективного применения проблемного метода обучения программированию. Исследовательский метод обучения с применением компьютерного математического пакета Maple обеспечивает самостоятельную творческую деятельность обучаемых в процессе проведения научно-технических исследований в рамках определенной тематики с разработкой программных продуктов и математических моделей. При использовании этого метода обучение является результатом активного исследования, открытия и игры, вследствие чего, как правило, бывает более приятным и успешным, чем при использовании других вышеперечисленных методов. Успешную реализацию исследовательского метода при обучении программированию дают возможности компьютерного математического пакета Maple в области моделирования. Моделирование - это замена реального объекта, процесса, явления его подходящей копией, которая проще изучаемого оригинала, но сохраняет и отражает его существенные особенности с точки зрения цели моделирования и может помочь в изучении оригинала. В настоящее время моделирование находит новые применения, особенно благодаря компьютерам и компьютерным технологиям, так как они расширяют возможности по исследованию моделей. Моделирование - это, по сути, конечная цель применения новых информационных технологий и направление интеграции информатики и других учебных дисциплин. Моделирование является связующим звеном, которое в процессе обучения объединяет усилия информатики и других дисциплин для формирования прочных знаний. Математическое моделирование представляет собой мощнейший инструмент для проведения формально-логических педагогических исследований, являющихся неотъемлемым компонентом педагогических исследований в целом. Компьютерные модели имеют ряд серьезных преимуществ перед моделями других видов в силу своей гибкости и универсальности. Применение моделей на компьютере позволяет замедлять и ускорять ход времени, сжимать или растягивать пространство, имитировать выполнение действий дорогостоящих, опасных или просто невозможных в реальном мире.

Применение исследовательского метода обучения невозможно без реализации проектной деятельности учащихся. Метод проектов в педагогической литературе рассматривают как совокупность приемов, операций, которые помогают овладеть определенной областью практических или теоретических знаний в той или иной деятельности. С методической точки зрения, проектная деятельность учащихся представляет собой теоретическое или практическое проблемно – ориентированное исследование, которое учащиеся проводят в учебных целях под научным руководством одного или нескольких преподавателей.

Уроки и занятия по обучению программирования с использованием компьютерного математического пакета Maple целесообразно проводить, применяя мультимедийный проектор, как на этапе объяснения нового материала, так и на практических работах учащихся. Одновременное выполнение действий учителем и учащимися и концентрация внимания школьников на выполнении задания значительно повышают продуктивность работы. Это также экономит время при ответах на вопросы учеников, так как довольно часто в процессе работы у них возникают одинаковые вопросы и затруднения в выполнении заданий.

Работа в компьютерном математическом пакете Maple позволяет достичь одновременно несколько целей: развитие алгоритмического и математического мышления школьников, развитие их творческого потенциала, развитие навыков программирования и работы с интерфейсом программы Maple, а также расширение и углубление знаний в области информатики и математики.

Задача. Ввести одномерный массив размерности 5. Найти среднее арифметическое первого положительного и последнего отрицательного элементов массива.

Решение:

Зададим одномерный массив V размерности 5. a1 – первый положительный элемент, a2 - последний отрицательный элемент, kol - переменная, фиксирующая количество, sr-arif – среднее арифметическое.

> V:=array(1..5,[-2,1,0,-5,7]);

V:=[-2,1,0,-5,7]

> kol:=0:

> for i from 1 to 5 do if V[i]>0 then kol:=kol+1; if kol=1

then a1:=V[i]; end if; end if; end do;

> print(a1);

1

> kol:=0:

> for i from 5 to 1 by -1 do if V[i]<0 then kol:=kol+1; if

kol=1 then a2:=V[i]; end if; end if; end do;

> print(a2);

-5

> sr-arif:=(a1+a2)/2;

sr-arif := -2

Ответ: -2.

Литература

1. Саркеева А.Н. «Изучение пакета символьной математики Maple»// Учебно-методическое пособие. Казань, Изд-во ТГГПУ, 2009. - 111 с.

2. Саркеева А.Н. Система Maple как средство изучения программирования в средней школе // Материалы Восьмой молодежной научной школы-конференции «Лобачевские чтения - 2009»; Казань: Казан. матем. об-во. 2009. - Т.39. - С.335-337.