Расставьте этапы решения задачи с использованием компьютера в правильной последовательности

Обновлено: 06.07.2024

Образовательные. Повторить определение алгоритма, свойства, формы записи, типы, основные структуры алгоритмов. Повторить с учащимися последовательность записи программы линейной структуры на языке Паскаль. Помочь учащимся осуществить переход от сформулированной задачи к созданию информационной модели, а затем записи программы. Познакомить учащихся с основными этапами решения прикладной задачи с помощью компьютера и научить использовать на практике.

Развивающая. Развивать логику, умение анализировать, сравнивать, делать выводы, высказывать свою мысль. Развивать внимания и аналитическое мышление. Развивать умение находить общее и различное в поставленных задачах, замечать свои ошибки, делать выводы.

Воспитательная. Воспитывать аккуратность, внимательность, вежливость и дисциплинированность, бережное отношение к своему здоровью. Формирование самостоятельности и ответственности при повторении пройденного и изучении нового материала. Воспитывать чувство ответственности за напарника при работе в группе.

сформулировать у учащихся навыки решения задач на составление программ с использованием линейных алгоритмов, блок-схем и программ;
организовать творческую деятельность учащихся по созданию аналогичных задач;
закрепить у учащихся навыки работы за компьютером и умение обосновывать свою точку зрения.

Тип урока: комбинированный урок: повторение, обобщение пройденного материала, изучение и закрепление нового материала.

Методы обучения: лекция, объяснительно-иллюстративный, фронтальный опрос, исследование, тестирование, использование интерактивных методов.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, таблицы, презентации, схемы, учебник.

Программное обеспечение: Операционная система Windows 7, среда программирования Free Pascal, тестирующая среда Knowing, операционная система Naulinux, образовательная программная оболочка kTurtle.

Дидактический материал: карточки с заданиями, тест в тестирующей среде Knowing.

1. Организационный момент.

2. Постановка целей и задач урока.

3. Повторение пройденного материала: “Мозговой штурм”.

1) Что такое алгоритм и его исполнители?

Алгоритмом - называется строго определенная последовательность действий, выполнение которых приводит к заранее предполагаемому результату.

Алгоритм — это описание детерминированной последовательности действий, направленных на получение из исходных данных результата за конечное число дискретных шагов с помощью понятных исполнителю команд.

Исполнителем называется тот, кто исполняет алгоритм. Исполнителем алгоритма может быть человек, автомат, компьютер.

2) От какого слова произошло название алгоритма?

Название “алгоритм” произошло от латинской формы имени среднеазиатского математика аль-Хорезми – Algorithmi.

3) Назовите свойства алгоритмов?

Дискретность, результативность, массовость, детерминированность, выполнимость и понятность.

4) Какие существуют способы записи алгоритмов.

Для записи алгоритмов можно использовать разные способы:

словесный - каждое действие алгоритма описывается словами;

графический - действия алгоритмов представлены в виде картинок;

табличный - все шаги алгоритма записываются в таблицу;

в виде блок-схемы - описание алгоритма с помощью блок-схем осуществляется рисованием последовательности геометрических фигур, каждая из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками;

программа – алгоритм, записанный на “понятном” компьютеру языке программирования.

5) Рассказать об основных структурах алгоритмов.

Алгоритм, в котором команды выполняются последовательно одна за другой, называется линейным алгоритмом.

В алгоритмической структуре “ветвление” в зависимости от истинности или ложности условия выполняется одна или другая серия команд.

В алгоритмической структуре “цикл” серия команд (тело цикла) выполняется многократно.

6) Что такое программа?

Программа – последовательность стандартных операторов языка программирования, использующих допустимые данные.

7) Назовите основные этапы разработки линейной программы в среде программирования Pascal.

Основные этапы разработки программы в среде Паскаль.

1. Ввод и редактирование текста на языке программирования.

2. Сохранение текста программы на диске.

3. Запуск программы на исполнение.

4. Отладка программы.

5. Тестирование программы.

На интерактивной доске показывается изображение “Примеры выполнения линейной программы на Паскале”.

В качестве примера используется геометрическая задача нахождения гипотенузы в прямоугольном треугольнике.

Задание 1. Найти соответствие между понятиями в 1 колонке и определениями во 2 колонке и поставить стрелки. (Карточка оранжевого цвета)

Задание 2. Рассмотреть схемы структур алгоритмов и выявив соответствие между схемой и её названием, поставить стрелки. (Карточка желто-зелёного цвета)

Задание 3. Рассмотреть рисунки примеров алгоритмов, выявив соответствие между типом алгоритма и рисунком, поставить стрелки. (Карточка ярко-розового цвета)

4. Обобщение пройденного и изучение новой темы “Этапы решения задач с помощью компьютера”.

Задание 4. Поставить предполагаемые порядковые номера выполнения этапов. (Карточка ярко-жёлтого цвета)

После выполнения задания на экране появляется готовая схема: “Этапы решения задач с помощью компьютера”.

Человек использует компьютер для решения самых разнообразных информационных задач: работа с текстами, создание графических изображений, получение справки из базы данных, табличные расчеты, решение математических задач, расчет технических конструкций и многое другое. Для их решения в распоряжении пользователя имеется обширное программное обеспечение: системное ПО (ядром которого является операционная система), прикладное ПО (программы, предназначенные для пользователя) и системы программирования (средства для создания программ на языках программирования).

Постановка задачи. На этапе постановки задачи должно быть четко определено, что дано, и что требуется найти. Так, если задача конкретная, то под постановкой задачи понимают ответ на два вопроса: какие исходные данные известны и что требуется определить. Если задача обобщенная, то при постановке задачи понадобится еще ответ на третий вопрос: какие данные допустимы. Таким образом, постановка задачи включает в себя следующие моменты: сбор информации о задаче; формулировку условия задачи; определение конечных целей решения задачи; определение формы выдачи результатов; описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т.п.).

Моделирование. На этом этапе строится математическая модель - система математических соотношений - формул, уравнений, неравенств и т.д., отражающих существенные свойства объекта или явления. Необходимо отметить, что при построении математических моделей далеко не всегда удается найти формулы, явно выражающие искомые величины через данные. В таких случаях используются математические методы, позволяющие дать ответы той или иной степени точности.

В случае большого числа параметров, ограничений, возможных вариантов исходных данных модель явления может иметь очень сложное математическое описание (правда, реальное явление еще более сложно), поэтому часто построение математической модели требует упрощения требований задачи. Необходимо выявить самые существенные свойства объекта, явления или процесса, закономерности; внутренние связи, роль отдельных характеристик. Выделив наиболее важные факторы, можно пренебречь менее существенными.

Итак, создавая математическую модель для решения задачи, нужно: выделить предположения, на которых будет основываться математическая модель; определить, что считать исходными данными и результатами; записать математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными.

Построение алгоритма. Наиболее эффективно математическую модель можно реализовать на компьютере в виде алгоритмической модели. Для этого может быть использован язык блок-схем или какой-нибудь псевдокод, например учебный алгоритмический язык. Разработка алгоритма включает в себя выбор метода проектирования алгоритма; выбор формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.); выбор тестов и метода тестирования; проектирование самого алгоритма.

Программирование. Первые три этапа - это работа без компьютера. Дальше следует собственно программирование на определенном языке в определенной системе программирования. Программирование включает в себя следующие виды работ: выбор языка программирования; уточнение способов организации данных; запись алгоритма на выбранном языке программирования.

Проверка на компьютере правильности алгоритма производится с помощью тестов. Тест - это конкретный вариант значений исходных данных, для, которого известен ожидаемый результат. Прохождение теста - необходимое условие правильности программы. На тестах проверяется правильность реализации программой запланированного сценария.

Таким образом, тестирование и отладка включают в себя синтаксическую отладку; отладку семантики и логической структуры программы; тестовые расчеты и анализ результатов тестирования; совершенствование программы.

Анализ результатов. Уточнение модели. Последний этап - это использование уже разработанной программы для получения искомых результатов Производится анализ результатов решения задачи и в случае необходимости - уточнение математической модели (с последующей корректировкой алгоритма и программы). Программы, имеющие большое практическое или научное значение, используются длительное время. Иногда даже в процессе эксплуатации программы могут исправляться, дорабатываться.

5. Решение задачи в среде программирования Free Pascal, используя этапы решения задач с помощью компьютера.

I этап (постановка задачи)

Задача № 5. Рассчитать расстояние полёта ракеты Гагарина (1 оборот вокруг Земли), если экваториальный радиус Земли R 6378 км, высота полёта ракеты над Землёй H 300 км.

Цель урока: обучить этапам решения задач на компьютере, осуществление разбиение исходной задачи на подзадачи.

Проверка домашнего задания.

Основная часть урока.

Урок проводить при помощи презентации «Этапы решения задач на компьютере».

Решение задачи на компьютере - это процесс автоматического преобразования информации в соответствии с поставленной целью.

Под процессом решения задачи на ЭВМ надо понимать совместную деятельность человека и компьютера . Этот процесс остается пока достаточно сложным и трудоемким, поэтому представляется в виде нескольких последовательных этапов. При этом на долю человека приходится творческая деятельность, а на долю машины - автоматическая обработка информации в соответствии с заданным ей алгоритмом.

Решение задач на ЭВМ состоит из следующих этапов:

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА.

4. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММЫ.

5. ОТЛАДКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ.

6. ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Это этап работы человека, хорошо представляющего предметную область задачи. Он должен:

определить цель решения задачи;

определить необходимый объем информации;

дать точную формулировку задачи;

предложить идею решения задачи;

описать исходные данные и способы их хранения;

определить форму выдачи результатов.

ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Чтобы решить задачу необходимо описать объект в математических терминах (формулах), то есть построить его модель, которая позволяет математически строго решить задачу его исследования.

Этот этап выполняет человек , способный разработать математическое описание поставленной задачи. При этом он должен выполнить:

анализ похожих решённых задач;

анализ технических и программных возможностей;

анализ условий существования решения.

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА

Алгоритм решения задачи разрабатывается на основе построенной математической модели и представляет конечную последовательность предписаний (правил), которая определяет процесс преобразования исходных данных в результаты решения задачи.

Алгоритм разрабатывается одним из существующих способов, чаще всего в виде блок-схемы.

Этот этап выполняет человек, умеющий программировать . Уровень его квалификации определяет эффективность разработанного алгоритма.

СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММЫ

Этот этап также выполняет человек, умеющий программировать , так как программа - это один из способов представления алгоритма с использованием языка программирования, наиболее удобного для решения данной задачи.

Составление программы - это кодирование алгоритма для реализации его в компьютере.

ОТЛАДКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ

Отладка программы - это проверка ее на наличие технических, грамматических и, возможно, алгоритмических ошибок. Отладка предполагает совершенствование (оптимизацию) программы.

Ошибки в ходе отладки исправляют путем контрольного тестирования.

Проверка осуществляется путем сравнения заранее известных результатов тестов с результатами, полученными компьютером.

Этот этап - совместная работа программиста и машины.

ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

После устранения всех ошибок, выявленных отладкой и тестированием, получают результаты решения поставленной задачи.

Получение результатов может быть многократным в зависимости от смены исходных данных, поскольку решение должно быть универсальным для задач подобного класса.

На этом этапе машина работает совместно с человеком, выдающим задание .

Пример задачи стр. 60.

Чтобы решать задачи на компьютере, необходимо владеть языком программирования, обладать знаниями в области информационного моделирования и алгоритмизации.

Решение задачи с использованием компьютера включает в себя этапы, показанные на рис. 2.1.

На первом этапе обычно осуществляется постановка задачи, происходит осознание её условия. При этом должно быть чётко определено, что дано (какие исходные данные известны, какие данные допустимы) и что требуется найти в решаемой задаче. Также должны быть чётко выделены существенные свойства рассматриваемого объекта, указаны связи между исходными данными и результатами.

На втором этапе описательная информационная модель формализуется, т. е. записывается с помощью некоторого формального языка.

Для этого требуется:

понять, к какому классу принадлежит рассматриваемая задача;
записать известные связи между исходными данными и результатами с помощью математических соотношений;
выбрать наиболее подходящий способ для решения задачи.

На третьем этапе осуществляется построение алгоритма — чёткой инструкции, задающей необходимую последовательность действий для решения задачи. Алгоритм чаще всего представляется в форме блок-схемы ввиду её наглядности и универсальности.

На четвёртом этапе алгоритм записывается на одном из языков программирования. Вы учитесь записывать программы на языке Паскаль.

На пятом этапе осуществляется отладка и тестирование программы. Этап отладки и тестирования также называют компьютерным экспериментом.

Проверка правильности разработанной программы осуществляется с помощью тестов. Тест — это конкретный вариант значений исходных данных, для которого известен ожидаемый результат.

О правильности разработанной программы свидетельствует также соответствие полученных данных экспериментальным фактам, теоретическим положениям и т. д. При этом может возникнуть необходимость уточнить разработанную математическую модель, полнее учесть особенности изучаемого объекта или процесса. По уточнённой математической модели снова составляется программа, анализируются результаты её выполнения. Так продолжается до тех пор, пока полученные результаты не будут достаточно точно соответствовать изучаемому объекту.

Рассмотрим последовательность прохождения этапов решения задачи на компьютере (см. рис. 2.1) на примере простой задачи.

Водитель автомобиля, движущегося с некоторой постоянной скоростью, увидев красный свет светофора, нажал на тормоз. После этого скорость автомобиля стала уменьшаться каждую секунду на 5 метров. Требуется найти расстояние, которое автомобиль пройдёт до полной остановки.

Первый этап. Дано:

υ_0x — начальная скорость;
υ_x — конечная скорость (равна нулю, так как автомобиль остановился);
а_х — ускорение (равно -5 м/с).

Требуется найти: s_x — расстояние, которое автомобиль пройдёт до полной остановки.

Второй этап. В данной ситуации мы имеем дело с прямолинейным равноускоренным движением тела. Формула для перемещения при этом имеет вид:

Упростим эту формулу с учётом того, что конечная скорость равна нулю: При а_x = -5 м/с получим:

Третий этап. Представим алгоритм решения задачи в виде блок-схемы:

Четвёртый этап. Запишем данный алгоритм на языке программирования Паскаль:

program n_1;

var v0, s: real;

begin

writeln('Вычисление длины пути торможения автомобиля');
write('Введите начальную скорость (м/с)»');
readln (v0); s:=v0*v0/10;
writeln ('До полной остановки автомобиль пройдёт ' , s : 8 : 4, ' м. ')

end.

Пятый этап. Протестировать составленную программу можно, используя информацию, что при скорости 72 км/ч с начала торможения до полной остановки автомобиль проходит 40 метров.

Выполнив программу несколько раз при различных исходных данных, можно сделать вывод: чем больше начальная скорость автомобиля, тем большее расстояние он пройдёт с начала торможения до полной остановки.

Применяя компьютер для решения задач, всегда следует помнить, что наряду с огромным быстродействием и абсолютной исполнительностью у компьютера отсутствуют интуиция и чувство здравого смысла, и он способен решать только ту задачу, программу решения которой ему подготовил человек.

Этапы решения задачи с использованием компьютера:

1) постановка задачи;
2) формализация;
3) алгоритмизация;
4) программирование;
5) компьютерный эксперимент.

Для решения задач на компьютере необходимо владеть языком программирования, обладать знаниями в области информационного моделирования и алгоритмизации.

Во все времена, ошибкой, всех начинающих разработчиков, становиться неверное расположение этапов решения поставленной ими задачи.

Стремясь сэкономить время, чаще всего программист сразу садятся за составление программы на определенном языке ,тем самым, пропуская при этом львиную долю работы.

Стремясь ускорить процесс разработки, на самом деле затягивая его на неопределенный срок.

Итогом такого подхода является снижение эффективности собственной работы в разы. И иногда приводит к плохим результатам в целом.

Любая решаемая задача должна выполняться по однозначно определенному алгоритму. И решается в несколько этапов.

Этап 1: Постановка задачи - данный этап является самым сложным. Чем кропотливее и внимательнее будет пройден данный этап тем правильнее будет решена задача в целом.

На данном этапе выполняются следующие действия:

1) При постановке задачи выясняется конечная цель и вырабатывается общий подход к решению задачи.

2) Выясняется сколько решений имеет задача и имеет ли их вообще.

3) Изучаются общие свойства рассматриваемого физического явления или объекта, анализируются возможности данной системы программирования.

Так же при постановке задачи необходимо выявить следующие данные:

a) Какие входные данные будут использоваться при решении задачи.

б) Какие результаты хочет увидеть заказчик (не обязательно что заказчик и исполнитель это разные люди)

в) Какие ограничения будут накладываться на решаемую задачу и как должен на них реагировать алгоритм.

2) Провести анализ вариантов решения данной задачи может есть готовые решения – это может сократить все к минимуму.

Последствиями неверно пройденного этапа может быть как неверное решение, либо испорченный проект и потраченные деньги которые нужно будет вернуть заказчику.

Этап 2: Выбор (или разработка) метода решения задачи.

Зачастую любая задача возникающая в жизни когда-то была уже решена кем то другим. Благодаря различным сообществам разработчиков можно найти решения в интернете или специализированных журналах и даже в книгах.

Если решения найдены то просто необходимо выбрать подходящее и адаптировать под те действия и данные которые были выяснены на первом этапе работ

Если решения не нашлось, то нужно разложить задачу на более простые действия, и реализовать каждое из них самостоятельно.

Не важно какой из вариантов будет выбран, в любом случае заказчику важен результат а не методы которые были использованы для достижения цели.

При разработке алгоритма используются специальные языки, позволяющие записать ход решения задачи в понятном для дальнейшего использования виде.

Во время составление программы – формируется текст программы на основе синтаксических правил языка, выбранного для реализации задачи, и перевод решения задачи из алгоритмического языка на языке понятной машине.

Задаются нужные данные в виде констант переменных и функций, и далее последовательно описываются действия алгоритма на языке программирования.

Даже идеально написанные программы иногда дают сбой, при выполнении каких то задуманных действий. на данном этапе выполняется поиск неправильного поведения приложения и исправление неверных участков реализации алгоритма в программном коде.

В настоящее время главным критериями работы программ являются скорость и надежность.

Поэтому эффективность и быстродействие приложений накладывают на разработчиков жесткие критерии. Если программа будет работать медленно то пользователи выключат ее не дожидаясь результатов и уйдут к конкурентам у которых приложение работает быстрее.

Таким образом необходимо не только писать эффективный код решающий задачу но и он должен быть максимально быстр и надежен.

Этот этап является основным при оценке выполненной работы разработчика программного обеспечения.

Никому не нужна программа которая правильно решает задачу за огромное количество времени, все хотят чтобы по работало быстро и точно.

Читайте также: