Лекция "Назначение учебного исполнителя алгоритмов Паркетчик. Описание интерфейса"

Назначение учебного исполнителя алгоритмов Паркетчик. Описание интерфейса Учебный   исполнитель   алгоритмов   Паркетчик1  уже   более   20   лет   активно используется   в   учебниках   информатики,   созданных   авторским   коллективом   под руководством профессора А.Г. Гейна. Этот исполнитель был разработан на основе анализа   существовавших   до   него   учебных   исполнителей,   предложенных С. Пейпертом, Г.А. Звенигородским, А.Г. Кушниренко и др., а его применение для обучения алгоритмизации впервые было описано в книге «Информатика: учебник для 8—9   классов   школ   с   углублённым   изучением   информатики»   (авторы:   А.И. Сенокосов,   А.Г.   Гейн;   М:   Просвещение,   1995).   Как   и   учебные   исполнители упомянутых   выше   авторов,   Паркетчик   обладает   важными   дидактическими достоинствами:   наглядность   в   исполнении   алгоритмов,   русскоязычный   интерфейс, детальная диагностика синтаксических и семантических ошибок. В то же время он подчёркнуто   минимален   по   набору   допустимых   действий,   дабы   учащиеся   не отвлекались  на детали, несущественные с точки зрения обучения алгоритмизации. Важной   особенностью   исполнителя   Паркетчик   является   возможность   наглядного моделирования работы со структурами данных различного типа — массивом, стеком, очередью, графом. Кроме того, Паркетчик позволяет моделировать машину Поста (разумеется,   на   ленте   ограниченной   длины),   что   даёт   возможность   в   классах углублённого  изучения  информатики   затрагивать   весьма  сложные   вопросы  теории алгоритмов. Дидактическое   предназначение   Паркетчика  —  обучение   алгоритмическим конструкциям   и   способам   организации   данных.   Поэтому   при   разработке   этого исполнителя мы стремились свести к минимуму разнообразие допустимых действий (чтобы не перегружать память ученика) и не навязывать ему функции, выходящие за рамки поставленной дидактической цели. В этом отношении Черепашка ЛОГО умеет делать слишком много, и освоение того, что она умеет, нередко уводит в сторону от главной задачи — обучения алгоритмизации. Средой,  можно сказать, игровым  полем,  Паркетчика является  лист  клетчатой бумаги   (точнее,   его   изображение   на   экране   компьютера),   а   манипулирует   он квадратными   плитками   двух   цветов   —   красного   и   зелёного.   Каждая   плитка покрывает   в   точности   одну   клетку   на   бумаге.   Паркетчик   занимается   тем,   что, исполняя те или иные алгоритмы, выкладывает на листе бумаги орнаменты (паркеты) из этих плиток, для простоты можно считать, что у Паркетчика неограниченный запас красных   и   зелёных   плиток   (хотя   ясно,   что   ему   не   нужно   плиток   каждого   цвета больше,   чем   клеток   на   поле,   где   он   работает).   На   рисунке   1   показано   поле Паркетчика с выложенной парой рамок из красных и зелёных плиток. 1 Учебный исполнитель Паркетчик является свободно распространяемым продуктом. Он   является   кросс­платформенным   программным   продуктом,   т. е.   может   быть использован как под ОС Windows, так и под Linux с любой интерфейсной оболочкой. Рис. 1. Поле Паркетчика, программный листок и окно диагностики выполнения программы Чтобы Паркетчик знал, где ему предстоит выполнять работу, каждая клетка на поле имеет свой адрес. На экране компьютера игровое поле видно как бы сверху, поэтому   уместно   говорить   о   горизонтальных   и   вертикальных   рядах   клеток.   Так, клетка, стоящая в 5­м столбце и 7­й строке, имеет адрес (5, 7). Строки нумеруются снизу   вверх   и   в   адресе   клетки   вначале   указываем   столбец,   а   затем   строку (фактически это привычная школьникам система координат). Чтобы выложить тот или иной орнамент, Паркетчик может переходить с любой клетки на соседнюю. Иными словами, для Паркетчика допустимы следующие четыре действия: • Шаг вверх;  • Шаг вниз; • Шаг вправо;  • Шаг влево.  Может Паркетчик и сразу прыгнуть на указанную ему клетку поля. Делает это он по команде  Перейти на (..., …),  только  вместо  многоточий  в  круглых  скобках, конечно, должны быть указаны координаты клетки.  Кроме того, у Паркетчика есть ещё два допустимых действия: • Положить (к) — положить красную плитку; • Положить (з) — положить зелёную плитку. 2 Выполняя их, Паркетчик кладёт плитку указанного цвета на то поле, на котором он стоит.  Паркетчик   имеет   также   допустимое   действие  Снять   плитку.   Надо   тут   же пояснить, что выполнить это действие Паркетчик может только в том случае, если на клетке, где он находится, лежит плитка какого­то (неважно какого!) цвета. Осталось   сообщить,   что   в   начале   игры   Паркетчик   всегда   находится   в   левом нижнем углу, т. е. в клетке (1, 1). Отметим,   что   именно   визуализация   Паркетчиком   исполнения   алгоритма позволяет   эффективно   проверять   правильность   результата   и   отыскивать   места логических ошибок. Нами не предусмотрен режим пошаговой отладки программ, но имеющаяся возможность менять скорость исполнения программы позволяет без труда отслеживать ход исполнения алгоритма и локализовывать места ошибок. Прекратить исполнение   программы   можно   нажатием   клавиши  ESC  или   щёлкнув   мышкой   на иконке   с   буквой  S  на   верхней   панели.   Синтаксические   ошибки   автоматически выявляются во время компиляции, а семантические диагностируются Паркетчиком в ходе исполнения программы. Среди синтаксических ошибок отметим одну, наиболее часто встречающуюся: в команде «Положить (к)» буква «к» набирается латинской буквой. Будет ли эта буква набрана в верхнем регистре (т. е. заглавной) или нижнем — роли не играет. Рис. 2. Выбор команды из меню Шаблоны Мы рекомендуем использовать меню Шаблоны (см. рис. 2) для набора программ —  это   весьма   ускоряет   набор   текста   программы   и,   что   более   важно,   сводит   к минимуму   появление   синтаксических   ошибок.   Это   опять­таки   позволяет 3 сосредоточить внимание учащихся именно на алгоритмической сути решаемой ими задачи, а не на поиске пропущенной или лишней точки с запятой, открывающейся или закрывающейся скобки. С   той   же   целью   для   встраивания   в   текст   программы   готовых   команд   и синтаксических   конструкций   можно   воспользоваться   правой   клавишей   мыши   при расположении её курсора на программном листке (см. рис. 3). Рис. 3. Выбор условия в контекстном меню Файл с программой для Паркетчика является фактически обычным текстовым файлом.   Его   редактирование   может,   вообще   говоря,   осуществляться   и   вне программной среды Паркетчика. При сохранении программы имя файла автоматически получает расширение prg, при сохранении паркета — расширение prk. Поэтому для сохранения программы или паркета   в   соответствующем   окне,   которое   появляется   после   того,   как   нажата клавиша F2 или выбран соответствующий пункт в меню (на рисунке 4 показано меню для   записи   программы),  нужно   набрать   имя   без   какого   бы   ни   было   расширения. Напомним, что выход в верхнюю строку со списком различных меню осуществляется нажатием клавиши F10. 4 Рис. 4. Выбор пункта меню для сохранения программы Полезно,   на   наш   взгляд,   предложить   учащимся   войти   в   меню  Скорость  и изменить   значение   скорости,   после   чего   посмотреть,   как   стала   исполняться программа.   В   дальнейшем   умение   уменьшить   скорость   понадобится   для   поиска ошибок в программах; для долго работающих программ, наоборот, бывает выгодно увеличить скорость. Учащиеся   могут   создавать   на   поле   Паркетчика   те   или   иные   орнаменты,   так сказать, в ручном режиме. Для этого надо выбрать мышкой нужную плитку, щёлкнув на   советующем   её   изображении,   расположенном   ниже   поля   Паркетчика,   а   затем щёлкнуть на соответствующей клетке поля или проводя курсором мышки полоску на поле Паркетчика. Чтобы убрать плитку с поля, надо проделать то же самое, выбрав серый квадратик.  Учащимся надо подсказать, что для организации циклов нужно войти в меню Шаблоны  (клавиша   F4   или   щелчок   левой   клавишей   мыши   на   этом   пункте)   и воспользоваться подменю Циклы (см. рис. 5) и подменю Условия (см. рис. 2). 5 Рис. 5. Подменю различных циклических конструкций Конфигурация   поля   Паркетчика   может   изменяться   не   только   за   счёт варьирования   размеров,   но   и   с   помощью   выставления   на   клетки   поля   колонн. Несколько колонн образуют стену. Паркетчик не может проходить сквозь стены или становиться   на   клетку,   занятую   колонной.   Используя   этот   инструмент,   поле Паркетчика можно превращать в довольно сложный лабиринт, например такой, какой показан на рисунке 6 (зелёной плиткой обозначен выход из лабиринта, она может быть   установлена   на   любой   свободной   клетке   поля).   Сильным   учащимся   можно предложить   составить   программу   для   Паркетчика,   исполнив   которую   он   найдёт выход   из   любого   лабиринта,   созданного   на   его   поле,   при   условии,   что   лабиринт связен, т. е. каждая внутренняя стена лабиринта соприкасается (возможно углом) с внешней   стеной.   Именно   такой   лабиринт   изображён   на   рисунке   6.   Наиболее известный вариант обхода такого лабиринта — это так называемое «правило правой руки»: Паркетчик должен двигаться по свободным клеткам так, чтобы справа от него постоянно была стена (он как бы держится за неё правой рукой, откуда и пошло название этого правила). Разумеется, можно столь же успешно реализовывать правило левой руки. 6 Рис. 6. Лабиринт на поле Паркетчика Если же лабиринт не связен, как, например, такой, что изображён на рисунке 7, то гарантировать достижения  выхода уже нельзя. Начав двигаться из левого нижнего угла по правилу правой руки, Паркетчик, пройдя вдоль внешней стены, вернётся в исходную точку и никогда не окажется в центре лабиринта, отмеченного зелёной плиткой. Для данного алгоритма в таком лабиринте его исполнение зациклится. Однако, если Паркетчику разрешить как­то помечать клетки, на которых он уже был   (например,   кладя   на   них   красные   плитки),   то   можно   составить   алгоритм нахождения   выхода  уже  из   произвольного   лабиринта.   Решение   этой   довольно непростой задачи может стать основой для проекта, разрабатываемого одним или несколькими учениками. 7 Рис. 7. Несвязный лабиринт 8