Программирование как средство развития мышления для формирования жизненных компетенций

Изучение основ алгоритмизации и программирования направлено на развитие алгоритмического и логического мышления учащихся, на формирование таких фундаментальных знаний как модель, моделирование, компьютерный эксперимент.
Это, в свою очередь, ставит курс информатики в один ряд с естественнонаучными дисциплинами, такими как физика и математика.

Развитие познавательной активности старшеклассников на уроках информатики.
В условиях становления информационного общества учебный процесс рассматривается как средство развития учеников.
Главная задача школы состоит в том, чтобы не только давать знания, а и создать стойкую мотивацию к обучению, побуждать учеников к самообразованию, связанной с развитием их творческого и критического мышления.

Cистемы обучения
Традиционная система обучения нацеливает учебную среду на линейную модель:
Знание — декомпозиция — обучение — синтез — знание — контроль
Вместе с тем, во многих случаях, в особенности в прикладных предметных областях, целесообразно использовать нелинейные модели, где обучение происходит по схеме:
Цель — задача — исследование (познание) — знание — контроль

Развитию мышления старшеклассников отводится значительное внимание, поскольку согласно психологическим исследованиям в этом возрасте у них:
формируется активная жизненная позиция;
становится более сознательной отношение к выбору будущей профессии;
резко возрастает потребность в контроле и самоконтроле;
мышление становится более абстрактным, глубоким, разносторонним;
возникает потребность в интеллектуальной деятельности;
возрастает значимость процесса обучения, его целей, задач, форм и методов;
изменяется мотивация обучения, трансформируется соотношение оценки и самооценки.

Новые информационные технологии не раскрывают в полной мере своего учебного потенциала в традиционной образовательной системе, где доминируют дидактические линейные технологии передачи готовых знаний, поскольку стремительный рост информационных потоков объективно не разрешает полностью реализовать принцип передачи всех накопленных знаний в процессе обучения. В связи с этим информационные технологии направляются на нелинейную структуризацию учебного процесса, которая создает условия для развития у учеников умений и навыков постановки задач, моделирование, оптимизации, принятия решений в условиях неопределенности, умение самостоятельно приобретать знания.

К нелинейным технологиям принадлежат:
компьютерное моделирование как основной метод познания;
учебно-проектная деятельность;
мультимедиа и телекоммуникационные технологии;
информационное моделирование;
тестирование;
семинары, конференции, олимпиады, турниры и т.п.

Развитие умственных способностей учеников средствами информатики
Информатика имеет огромные возможности для умственного развития учеников благодаря исключительной ясности и точности своих понятий, выводов и формулировок. Она, рядом с другими школьными предметами, решает задачи всестороннего гармонического развития и формирования личности.
Полученные в обучении информатики знания, умения и навыки, достигнутое умственное развитие должны помочь выпускникам школы в их адаптации к быстро меняющимся условиям жизни.
Любой умственный процесс начинается только тогда, когда возникает проблемная ситуация. Далеко не каждый человек готов к решению проблемной ситуации. Большинство действуют по штампам, по готовым рецептам «типичного решения», поэтому теряются там, где нужны самостоятельное соображение и решение.

Развивать мышление учеников можно средствами любого из разделов информатики, но наибольший потенциал для этого имеет раздел «Основы алгоритмизации и программирования».
Если ученик учится программировать, процесс обучения изменяется, он становится более активным и направляется самим учеником. Технология решения задачи на компьютере - это не только составление программы и получение загрузочного модуля, а и формирование модели, составление алгоритма, отладка программы, ее тестирование.
Опыт работы со школьниками показывает, что трудности возникают на разных этапах работы с программой. Именно в процессе преодоления этих трудностей у учеников и вырабатываются привычки критического мышления.

Наиболее типичные ошибки на начальном этапе это:
неправильное определение типа переменных;
ошибки в операторах.
На этом этапе тяжело не только приучить школьников писать без ошибок текст программы, а и правильно интерпретировать ошибки, которые выдает компилятор. Если компилятор выдает предупреждение об ошибке, ученик вынужден анализировать и исправлять ее.
Таким образом, возникает проблемная ситуация, в процессе решения которой вырабатываются привычки критического мышления.
Чем больше ошибок ученик исправит самостоятельно, тем лучшее запомнит данную конструкцию и в дальнейшем не будет ошибаться.
В связи с этим учитель может подбирать такие задачи, которые бы провоцировали возникновение проблемных ситуаций.

Пример 1
Написать программу для нахождения среднего арифметического трех целых чисел.
prоgram seredne;
vаr а, b, с, d: іnteger;
bеgіn
writeln('введите три целого числа');
геаd1n(а, b, с);
а:=(а+b+с)/3;
writeln ('среднее =’,d);
еnd.
Ошибка в описании типа переменных

Пример 2
По данным трех сторон найти площадь треугольника.
рrogram plocha;
vаr а, b, с: іntеgеr; р, s: геаl;
bеgin
writeln('введите трех числа’);
геаd (а, b, с);
р:= (а+b+с)/2;
s:= sqrt(р*(р-а)*(р-b)*(р-с));
wrіteln('s=', s);
епd.
Может возникнуть ошибка из-за попытки найти корень из отрицательного числа.

Пример 3
Найти значение функции Y(х) для заданного х
х —12, если х > 0
У(х)= 5, если х = 0,
x² , в другом случае.
Во время написания данной программы школьники часто неправильно определяют функцию:
if x>0 then у:=х-12;
if х=0 then y:=5 еlse y:=х*х;
Фрагмент программы в таком виде не дает правильный ответ при значениях х>0.
Правильный фрагмент программы:
if x>0 then у:=х-12 else
if х=0 then y:=5 еlse y:=х*х;

Пример 4
Найти факториал заданного целого числа n.
(n! = 1*2*...*n) Рrogram factorial;
var a,n,b: іnteger;
begin
writeln(‘введите заданное число’);
readln (n);
b:=1;
fоr а:=1 tо n dо
b:=b*а;
writeln ('n! =‘, b);
еnd.
Ошибка при использовании для переменной, которая подсчитывает факториал числа, тип іnteger
Замена типа іnteger на тип 1оngint разрешает получить правильный ответ задачи.

Пример 5
Номер троллейбусного билета задается шестизначным числом. Определить количество «счастливых» билетов (билет «счастливый»,если сумма первых трех цифр номера равняется сумме последних трех цифр).
Рrоgrаm bylet;
vаг а,b,с,d,е,f: іnteger; k,i:1ongint;
Веgin
к:=0;
for i:=0 to 999999 do
begin
а:=і div 100000; f:=і div10; е:=i div 100 mod 10;
d:=i div 1000 mod 10; b:=i div 10000 mod 10;
if a+b+с=d+е+f then k:=k+1;
end;
writeln ('количество счастливых = ', k);
end.
Правильный ответ для этой задачи также выходит за рамки диапазона типа іnteger, и если во время написания программы описать переменную k как целую, то снова получится в результате отрицательное число.

Мышление учеников можно успешно развивать средствами информатики, для этого учитель должен:
приучать учеников делать анализ задачи;
учиться самостоятельно находить и
исправлять ошибки;
проводить полное тестирование
программы.
Очень эффективным для развития критического мышления является подбор задач, которые приводят к возникновению проблемных ситуаций, но они должны использоваться после усвоения простых задач.

Урок систематизации знаний, закрепления практических навыков программирования в среде Turbo-Pascal.
Тема: Составление программ со структурными операторами в среде Turbo-Pascal.
Цель: 1. Закрепление теоретических знаний и практических навыков работы со структурными операторами.
2.Совершенствование навыков программирования со структурными операторами в среде Turbo-Pascal.
3. Воспитание у учащихся таких качеств как взаимопонимание, взаимопомощь, взаимоуважение.

I. Актуализация основных знаний учащихся по теме:
«Составление программ
со структурными операторами в среде Turbo-Pascal»

1. С помощью лото-карточек повторение основных операторов и понятий языка, необходимых для составления программ по данной теме в среде Turbo-Pascal.

2.Учитель зачитывает вопросы, учащиеся вписывают его номер в правильный ответ на лото-карточке. (Всего 15 вопросов, максимальное количество баллов –3).
Вопросы для заполнения лото-карточки.
1. Начало и конец тела программы.
2.Целочисленный тип.
3.Оператор записи, позволяющий переводить курсор к началу следующей строки.
4.Процедура модуля CRT, очищающая экран монитора.
5.Зарезервированное слово, с которого начинается программа.
6.Оператор присваивания.
7.Составной оператор.
8.Подключение модуля дополнительных возможностей текстового редактора.
9.Функция модуля CRT, позволяющая проанализировать результаты программы до возврата в режим редактирования.
10.Оператор чтения.
11.Оператор выбора.
12.Условный оператор.
13.Вещественный тип.
14.Раздел описания переменных.
15.Оператор записи, позволяющий выводить значения в одной строке.

3.Учащиеся осуществляют самопроверку (карточка с правильными ответами предоставляется учителем).

II. Решение задач на доске и в тетрадях
1.Даны длины катетов 2-х прямоугольных треугольников a,b и c,d соответственно. Определить являются ли эти треугольники подобными. (геометрия)
Program podobie;
var a,b,c,d,p:real;
begin
writeln('введите катеты a,b,c,d');
readln(a,b,c,d);
if a>b then begin p:=a;a:=b;b:=p;end;
if c>d then begin p:=c;c:=d;d:=p;end;
if (a/c)=(b/d) then writeln('подобные')
else writeln('неподобные');
end.

2.В лаборатории, анализируя сплав железа на содержание углерода, сожгли образец сплава массой 100г. Ввести теоретическую массу углекислого газа Х для вычисления массовой доли углерода Y в сплаве, по которой необходимо определить чугун это или сталь. Известно, что молекулярная масса 1 моля углекислого газа составляет 44г/моль, а углерода – 12г/моль. (химия)
{в 44г CO2 - 12г C
Xг CO2 - Yг C Составим пропорцию: y=(x*12)/44 }
program splav;
var x,y:real;
begin
writeln('введите массу углекислого газа');
readln(x);
y:=(x*12)/44;
if y>=1.7 then writeln('чугун')
else writeln('сталь');
end.

3.Вычислить силу тяжести через:
массу m;
плотность p и объем v;
плотность p, площадь s и высоту h. (физика)
program fizika ;
var f,m,s,h,g,p,v:real;n:integer;
begin
g:=10; writeln('вычислить силу тяжести через');
writeln('1-массу m');
writeln('2-плотность p и объем v');
writeln('3-плотность p,площадь s и высоту h');
writeln('введите номер'); readln(n);
case n of
1:begin
writeln('введите m'); readln(m); f:=m*g; writeln('f=',f:3:2);
end;
2:begin
writeln('введите p,v'); readln(p,v); f:=p*g*v; writeln('f=',f:3:2);
end;
3:begin
writeln('введите p,h,s'); readln(p,h,s); f:=p*g*h*s; writeln('f=',f:3:2);
end;
else writeln('неверно задан номер');
end;
end.

III. Учащиеся творчески применяют знания, умения и навыки во время самостоятельного решения задач на компьютере
Вариант №1
1.Тело массой m1 полностью погруженное в жидкость вытесняет массу m2 этой жидкости. Определить тело утонет, всплывет или будет плавать в жидкости. (физика)(1б)
2.Даны два действительных числа c,b. Вычислить: (алгебра)(2б)
3.Вычислить относительную плотность газа по молекулярной массе:
1) водорода(2); 2) воздуха(29); 3) гелия(4). (химия) (3б)
4.Составить программу вычисления площади равностороннего треугольника через:
1) его сторону a;
2) радиус вписанной окружности r;
3) радиус описанной окружности R1. (геометрия) (3б)

Вариант №1 физика
program fizika1;
var m1,m2:real;
begin
writeln('введите массу тела');
readln(m1);
writeln('введите массу вытесненной воды');
readln(m2);
if m1>m2 then writeln('тело утонет');
if m1
if m1=m2 then writeln('тело плавает в воде');
end.

Вариант №1 алгебра
program algebra1;
var c,b,y:real;
begin
writeln('введите числа с и b');
readln(c,b);
if (sqr(c)*c+sqr(b)-2)<>0
then
begin
y:=(b-5)/(sqr(c)*c+sqr(c)-2);
writeln('y=',y:0:3);
end
else
writeln('вычисление невозможно-деление на ноль');
end.

Вариант №1 химия
program ximiya1;
var m,d:real;
n:integer;
begin
writeln('относит.плотность по молек.массе');
writeln('1-водорода');
writeln('2-воздуха');
writeln('3-гелия');
writeln('введите молек.массу данного газа');
readln(m);
writeln('введите номер');
readln(n);
case n of
1:d:=m/2;
2:d:=m/29;
3:d:=m/4 end; writeln('относит.плотность=',d:0:3);
end;
end.

Вариант №1 геометрия
program geometr1;
var a,r,R1,S:real; n:integer;
begin
writeln('вычислить S тр-ка через');
writeln('1-сторону a');
writeln('2-радиус впис.окр.r');
writeln('3-радиус опис.окр.R1');
writeln('введите номер');
readln(n);
case n of
1:begin
write('введите сторону а='); readln(a); S:=(sqrt(3)*sqr(a))/4;
end;
2:begin
write('введите радиус впис.окр.r=');readln(r); S:=3*sqrt(3)*sqr(r);
end;
3:begin
write('введите радиус опис.окр.R1=');readln(R1); S:=(3*sqrt(3)*sqr(R1))/4;
end;
end;
writeln('S=',S:0:3);
end.

Вариант №2
1.Определить как ведет себя тело в воде в зависимости от величины силы Архимеда и силы тяжести. (физика) (1б)
2.Дано два действительных числа х, y.
Вычислить: (алгебра) (2б)
3.Вычислить сколько нужно взять воды для получения 500 г. серной кислоты:
10% раствора; 2)20% раствора; 3)30% раствора. (химия) (3б)
4.Составить программу вычисления площади квадрата через:
1) его сторону a;
2) радиус вписанной окружности r;
3) радиус описанной окружности R1. (геометрия) (3б)

Вариант №2 физика
program fizika2;
var fa,ft:real;
begin
writeln('введите силу Архимеда');
readln(fa);
writeln('введите силу тяжести'); readln(ft);
if fa
if fa>ft then writeln('тело всплывет');
if fa=ft then writeln('тело плавает в воде');
end.

Вариант №2 алгебра
program algebra2;
var x,y,z:real;
begin
writeln('введите числа x и y');
readln(x,y);
if ((sqr(x)-sqr(y))<>0) and ((sqr(x)*x+x+0.5)>0)
then
begin
z:=sqrt(sqr(x)*x+x+0.5)/(sqr(x)-sqr(y));
writeln('z=',z:0:3);
end
else
writeln('вычисление невозможно');
end.

Вариант №2 химия
program ximiya2;
var y:real; n:integer;
begin
writeln('количество воды для 500 г. серной к-ты');
writeln('1-10% р-ра');
writeln('2-20% р-ра');
writeln('3-30% р-ра');
writeln('введите номер');
readln(n);
case n of
1:y:=500-(500*10)/100;
2:y:=500-(500*20)/100;
3:y:=500-(500*30)/100;
end;
writeln('нужно ',y:0:3,'г. воды');
end.

Вариант №2 геометрия
program geometr2;
var a,r,R1,S:real; n:integer;
begin
writeln('вычислить S квадрата через');
writeln('1-сторону a'); writeln('2-радиус впис.окр.r');
writeln('3-радиус опис.окр.R1');
writeln('введите номер');
readln(n);
case n of
1:begin
write('введите сторону а='); readln(a);S:=sqr(a);
end;
2:begin
write('введите радиус впис.окр.r='); readln(r); S:=4*sqr(r);
end;
3:begin
write('введите радиус опис.окр.R1='); readln(R1); S:=2*sqr(R1);
end;
end;
writeln('S=',S:0:3);
end.