Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы

Автор

Приуполина Светлана Алексеевна

Предмет

Информатика

Класс

11

Учебно-методический комплекс

1.         Семакин, И. Г. Информатика. Базовый уровень : учебник для 11 класса / И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер,Т. Ю. Шеина. – 4-е изд. – М. : БИНОМ, Лаборатория Знаний, 2015. – 264 с. : ил.

2.         Семакин, И. Г. Информатика. Базовый уровень. 10-11 классы: методическое пособие / И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – 100 с.

3. Залогова, Л. А. Информатика и ИКТ: Задачник-практикум : в 2 т. И74 Т. 1 / Л. А. Залогова [и др.]; под ред. И. Г. Семакина, Е. К. Хеннера. – 3-е изд. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – 309 с. : ил.

4. Цветкова, М. С. Информатика. УМК для старшей школы [Электронный ресурс] : 10-11 классы. Базовый уровень. Методическое пособие для учителя / Авторы-составители: М. С. Цветкова, И. Ю. Хлобыстова. – Эл. изд. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 86 с. : ил.

Тема

Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы

Тип урока

Открытие новых знаний

Цель деятельности учителя

Обучающая: сформировать представление о вспомогательных алгоритмах и разновидностях подпрограмм языка программирования Паскаль и умения их применять при решении задач на практике.

Деятельностная: формирование умений реализации новых способов действий и способностей к выявлению причин затруднений.

Развивающая: способствовать развитию памяти, внимания, логического и аналитического мышления учащихся, а также их познавательного интереса.

Задачи

-        ввести определения понятий «вспомогательный алгоритм», «подпрограмма»;

-        сформировать представление о разновидностях подпрограмм языка программирования Паскаль;

-        сформировать представление о параметрах подпрограмм;

-        сформировать умения использовать подпрограммы при решении задач с помощью языка программирования Паскаль.

Термины, понятия

Вспомогательный алгоритм, подпрограмма

Образовательные ресурсы

Авторский ЭОР: Презентация «Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы»

Учебник: Семакин, И. Г. Информатика. Базовый уровень : учебник для 11 класса / И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – 264 с.

Образовательные

Личностные: формирование ответственного отношения к учению, целостного научного мировоззрения.

Предметные: освоение обучающимися в ходе изучения предмета представлений о вспомогательных алгоритмах и подпрограммах, формирование умений использовать подпрограммы при решении задач с помощью языка программирования Паскаль.

Метапредметные: Умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией, освоение обучающимися универсальных учебных действий (познавательные, регулятивные и коммуникативные).

Владеют базовыми понятиями по теме

Универсальные учебные действия (УУД)

Личностные УУД: широкая мотивационная основа учебной деятельности, включающая социальные, учебно-познавательные мотивы; ориентация на понимание причин успеха в учебной деятельности.

Познавательные УУД: постановка и формулирование проблемы, самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении проблем творческого и поискового характера, выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий, рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации; владение монологической и диалогической формами речи, умение работать индивидуально.

Регулятивные УУД: осознание возникшей проблемы, определение последовательности и составление плана и последовательности действий для решения возникшей проблемы.

Формы работы

Технологии, методы, приемы обучения

Программно-технические ресурсы:

фронтальная, индивидуальная

Индуктивно-репродуктивный

Необходимое техническое оборудование:

-        компьютер с операционной системой Windows 7 Профессиональная;

-        интерактивная доска

-        мультимедийный проектор.

Программное обеспечение:

- пакет программ Microsoft Office;

-презентация MS PowerPoint «Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы».

Организация структуры урока

1 этап. Организационный момент (1 мин.)

Цель деятельности

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Наглядные средства, ЭОР

Включение в деловой ритм. Подготовка класса к работе.

Приветствие учащихся, проверка готовности кабинета к проведению урока, проверка отсутствующих, сообщение темы урока.

Приветствие учителя

2 этап. Мотивация учебной деятельности. Актуализация знаний (5 мин)

Выявить уровень знаний по изученному материалу. Определить типичные недостатки и ошибки. Систематизировать теоретические знания.

- В своей жизни при решении различных проблем человек часто использует вспомогательные средства, не создавая их каждый раз заново. Важное место в истории развития техники занимает изобретение колеса, и с тех пор это изобретение используется в различных машинах и механизмах, но никто не придумывает колесо заново.

- В программировании мы также можем встретить подобное явление, когда написанная один раз программа используется неоднократно. Как вы думаете, когда необходимо использовать одну и ту же программу неоднократно в рамках одной задачи?

- Иными словами такая программа выступает вспомогательным алгоритмом в решении задачи. С понятием вспомогательного алгоритма вы встречались в 9 классе. Вспомните, что называют вспомогательным алгоритмом?

- Для чего используются вспомогательные алгоритмы?

- А как называется вспомогательный алгоритм, записанный на языке программирования?

- Если в 9 классе вы рассматривали реализацию подпрограмм в рамках Алгоритмического языка программирования, то сегодня мы рассмотрим разновидности подпрограмм и их реализацию в Паскаль.

- В рамках одной задачи возникает необходимость использовать одну и ту же задачу, если необходимо найти ответ для разных наборов данных.

- Вспомогательный алгоритм – это алгоритм решения некоторой подзадачи исходной (основной) задачи.

- Вспомогательные алгоритмы используются для упрощения программирования сложных задач.

- Вспомогательный алгоритм, записанный на языке программирования, называется процедурой.

3 этап. Сообщение темы урока и постановка его целей. (2 мин.)

Сформировать познавательные мотивы.

- Открываем тетради, записываем число, классная работа и тему нашего урока – «Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы» (слайд 1)

-Какие бы цели вы поставили перед собой на уроке?

Учащиеся записывают число, классная работа и тему урока в тетрадь.

Запись в тетрадях:

Число «…»

Тема «Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы»

Учащиеся предлагают варианты целей урока.

Слайд 1

4 этап. Первичное усвоение новых знаний (15 мин.)

Сформировать конкретные представления по теме и содержанию урока, побуждать учащихся самих искать решение задач.

- Важнейшим методологическим приёмом структурного программирования является декомпозиция решаемой задачи на подзадачи – более простые, с точки зрения программирования, части исходной задачи. Алгоритмы решения таких подзадач называются вспомогательными алгоритмами. Вспомогательным алгоритмом мы назовём алгоритм, по которому решается некоторая подзадача из основной задачи и который, как правило, выполняется многократно. Запишите данное определение понятия вспомогательного алгоритма, представленного также на слайде (слайд 2) в тетрадь.

- (слайд 3) Как уже вы говорили, в языках программирования вспомогательные алгоритмы называются подпрограммами. В Паскале различаются две разновидности подпрограмм: процедуры и функции.

- Рассмотрим использование процедуры как вспомогательного алгоритма на примере следующей задачи: даны два натуральных числа a и b. Требуется определить наибольший общий делитель трёх величин: a + b, a²+b², a × b (слайд 4).

- Какой алгоритм в данной задаче будет являться вспомогательным?

- Данная задача решается с помощью алгоритма Евклида. На слайде представлена идея алгоритма Евклида на языке формулы (слайд 5), разъясним его подробнее. В самом простом случае алгоритм Евклида применяется к паре положительных целых чисел и формирует новую пару, которая состоит из меньшего числа и разницы между большим и меньшим числом. Процесс повторяется, пока числа не станут равными. Найденное число и есть наибольший общий делитель исходной пары.

- Приведём алгоритм решения поставленной задачи на учебном Алгоритмическом языке и проанализируем его (слайд 6).

- Из чего состоит алгоритм решения поставленной задачи?

- Сколько обращений к процедуре присутствует в основном алгоритме «Задача»?

- Как вы определили количество обращений к процедуре в основном алгоритме?

- Правильно (слайд 7). Здесь M, N и K являются формальными параметрами процедуры, M и N – параметры-аргументы, K – параметр-результат. Рассмотрим отличительные особенности параметров процедуры.

- Параметры подпрограмм используются для обмена значениями между вызываемой и вызывающей частями программы. Описываемые в заголовке объявления подпрограммы параметры называются формальными, а те, которые подставляются на их место при вызове, – фактическими (слайд 8). Запишите это в тетрадь.

- Параметры подпрограмм разделяются на параметры-значения, параметры-переменные и параметры-константы.

- Рассмотрим, как решение поставленной задачи программируется на языке программирования Паскаль (слайд 9). Основное отличие процедур в Паскале от процедур в Алгоритмическом языке состоит в том, что процедуры в Паскале описываются в разделе описания подпрограмм, а в Алгоритмическом языке процедура является внешней по отношению к вызывающей программе.

- В данном примере обмен аргументами и результатами между основной программой и процедурой производится через параметры. Описание процедуры на Паскале имеет следующий формат, представленный на слайде (слайд 10). Запишите его в тетрадь.

- Квадратные скобки указывают на то, что список формальных параметров может отсутствовать, то есть возможна процедура без параметров. Параметры могут быть параметрами-переменными и параметрами-значениями. На слайде (слайд 11) вы можете видеть запись параметров-переменных и параметров-значений, которые следует записать в тетрадь.

- Чаще всего аргументы представляются как параметры-значения, а для передачи результатов используются параметры-переменные. Процедура в качестве результата может передавать в вызывающую программу множество значений (в частном случае – одно), а может ни одного. Теперь рассмотрим правила обращения к процедуре. Обращение к процедуре производится в форме оператора процедуры, который вы можете видеть на слайде (слайд 12) и должны записать его в тетрадь.

- Если описана процедура с формальными параметрами, то обращение к ней производится оператором процедуры с фактическими параметрами. Можно выделить следующие правила соответствия между формальными и фактическими параметрами: соответствие пo количеству, соответствие по последовательности и соответствие пo типам (слайд 13).

- Выясним, как же происходит взаимодействие между формальными и фактическими параметрами. Взаимодействие формальных и фактических параметров через параметры-переменные называется передачей по ссылке: при обращении к процедуре ей передается ссылка на переменную, заданную в качестве фактического параметра. Эта ссылка и используется процедурой для доступа к этой переменной (слайд 14).

- Другой вариант взаимодействия формальных и фактических параметров называется передачей по значению: вычисляется значение фактического параметра (выражения), и это значение присваивается соответствующему формальному параметру.

- Вернёмся к рассмотренному примеру решения задачи с использованием процедуры (слайд 15). Формальные переменные М и N являются параметрами-значениями. Это аргументы процедуры. Параметр К является параметром-переменной. В ней получается результат работы процедуры. В обоих обращениях к процедуре соответствующим фактическим параметром является переменная С, через неё основная программа получает результат.

- Рассмотрим другой вариант программы, решающей ту же задачу, однако в неё используется процедура без параметров (слайд 16). Для её понимания нам требуется объяснить новое для нас понятие, называемое областью действия описания.

- Областью действия описания любого программном объекта (переменной, типе, константы и т. д.) является тот блок, на который это описание распространяется. Если данный блок вложен в другой (подпрограмма), то присутствующие во вложенном блоке описания являются локальным. Они действуют только в пределах внутреннего блока. Описания же, расположенные во внешнем блоке, называются глобальными по отношению к внутреннему блоку. Если глобально описанный объект используется во внутреннем блоке, то на него распространяется внешнее (глобальное) описание (слайд 17).

-(слайд 18) Вернёмся к программам NOD1 и NOD2. Какие переменные в программе NOD1 являются локальными, а какие глобальные?

- Правильно. Однако внутри процедуры переменные A, B, C не используются. Связь между внешним блоком и процедурой осуществляется через параметры.

- B программе NOD2 все переменные являются глобальными. В процедуре Evklid нет ни одной локальной переменной (нет и параметров). Переменные М и N, используемые в процедуре, получают свои значения через оператор присваивания в основном блоке программы и изменяют значения в подпрограмме. Результат получается в глобальной переменной К, значение которой выводится на экран. Здесь обмен значениями между основной программой и процедурой производится через глобальные переменные.

- Использование механизма передачи через параметры делает процедуру более универсальной, независимой от основной программы. Однако в некоторых случаях оказывается удобнее использовать передачу через глобальные переменные. Чаще такое бывает с процедурами, работающими с большими объемами информации. В этой ситуации глобальное взаимодействие экономит память компьютера.

- Теперь выясним, что такое подпрограмма-функция. Обычно функция используется в том случае, когда результаты работы подпрограммы должна быть скалярная (простая) величина. Тип результата называется типом функции. Формат описания функции представлен на слайде (слайд 19).

- У функции в списке формальных параметров могут присутствовать параметры-переменные и параметры-значения. Всё это – аргументы функции. Если аргументы передаются глобально, то параметры могут вообще отсутствовать.

- Программа решения рассмотренной выше задачи с использованием функции представлена на слайде (слайд 20).

- Давайте сравним решение задачи с помощью процедуры и с помощью функции и найдём отличие (слайд 21). В чём состоит отличие между данными подпрограммами?

- Правильно. Обращение к функции является операндом в выражении, его запись представлена на слайде (слайд 22). Запишите себе в тетрадь.

- Правила соответствия между формальными и фактическими параметрами те же. Сравнивая приведённые программы, можно сделать вывод, что программа NOD3 имеет определенные преимущества перед другими. Функция позволяет получить результат путем выполнения одного оператора присваивания. Здесь также иллюстрируется возможность того, что фактическим аргументом при обращении и функции может быть это же функция.

- По правилам стандарта Паскаля, возврат в вызывающую программу из подпрограммы происходит, когда выполнение подпрограммы доходит до ее конца (последний End). Однако в современных версиях Паскаля есть средство, позволяющее выйти из подпрограммы в любом ее месте. Это оператор-процедура Exit. На слайде (слайд 23) представлена функция определения большего из двух данных вещественных чисел.

- Подпрограмму Евклида можно составить иначе, если воспользоваться операцией mod (получение остатка от деления), имеющейся в Паскале. Идея алгоритма исходит из справедливости равенства, представленного на слайде (слайд 24). Тогда функцию Evklid можно переписать иным образом.

Учащиеся записывают определение в тетрадь со слайда.

Запись в тетрадях:

Алгоритм, по которому решается некоторая подзадача из основной задачи и который, как правило, выполняется многократно, называется вспомогательным алгоритмом.

- Вспомогательным алгоритмом для решения данной задачи является алгоритм получения наибольшего общего делителя двух чисел. 

- Алгоритм решения поставленной задачи состоит из процедуры «Евклид» и основного алгоритма «Задача».

- В основном алгоритме «Задача» присутствует два обращения к процедуре.

- Количество обращений к процедуре определяется количеством использования её имени – «Евклид» в основном алгоритме.

Запись в тетрадях:

Описываемые в заголовке объявления подпрограммы параметры называются формальными, а те, которые подставляются на их место при вызове, – фактическими.

Запись в тетрадях:

Параметры подпрограмм разделяются на параметры-значения, параметры-переменные и параметры-константы.

Запись в тетрадях:

Описание процедуры на Паскале имеет следующий формат:

Procedure <имя процедуры> [(список формальных параметров)];

<блок>

Запись в тетрадях:

Обращение к процедуре производится в форме оператора процедуры:

<имя процедуры> [(список фактических параметров)]

- В программе NOD1 переменные М‚ N и K являются локальными внутри процедуры; переменные А, B, C – глобальные.

Запись в тетради

Формат описания функции:

Function <имя функции> [(<список формальных параметров>)]: <тип функции>;

- Тело функции отличается от тела процедуры тем, что в функции результат присваивается идентификатору функции.

Запись в тетради

Обращение к функции является операндом в выражении и записывается в следующей форме:

<имя функции> (<список фактических параметров>)

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Слайд 24

5 этап. Первичная проверка понимания (7 мин)

Провести тест на проверку понимания изученной темы

- Прежде чем перейдём к закреплению изученных знаний, напишем небольшой тест, в результате которого проверим уровень наших начальных знаний.

- Вам нужно ответить на вопросы теста, отмечая ответы карандашом, после чего мы проверим их правильность.

Учитель раздаёт бланки с тестовыми заданиями (приложение 1).

Через 7 минут учитель вместе с учащимися разбирает тестовые вопросы, акцентируя внимания на существенных признаках используемых понятий.

Выполняют тест

6 этап. Первичное закрепление усвоенных знаний (10 мин.)

Провести первичное обобщение. Организовать деятельность по применению новых знаний.

- А сейчас перейдём к решению задач на языке программирования Паскаль, для чего вам необходимо сесть за компьютер.

- На слайде (слайд 25) представлены 2 задачи, которые необходимо выполнить в классе. Выполняем самостоятельно, при возникновении вопросов и завершении работы поднимаем руку, я проверю вашу работу и отвечу на вопросы.

Учащиеся садятся за компьютер и выполняют задания.

Слайд 25

7 этап. Итоги урока. Рефлексия (3 мин.)

Анализ успешности усвоения материала.

– Подведем итоги нашего урока.  Что вы сегодня узнали?

- Для чего используются подпрограммы?

- С какими подпрограммами на языке программирования Паскаль вы сегодня познакомились?

- Когда следует использовать в решении задачи процедуру, а когда функцию?

- Оцените свою деятельность на уроке: что вы сделали, для того чтобы усвоить новый материал? Что вы могли бы сделать для того, чтобы лучше усвоить новые знания? Были ли вы сосредоточены? Отвлекались ли вы? За что вы можете похвалить себя? Вы можете письменно или мысленно оценить себя, а желающие могут высказаться.

Учитель может прокомментировать ответ учащегося или попросить класс сделать это без оценки личности самого учащегося.

– Сегодня на уроке мы узнали, как решать задачи с помощью вспомогательных алгоритмов и подпрограмм.

- Подпрограммы используются для упрощения программирования сложных задач.

- Подпрограммы на языке программирования Паскаль можно разделить на процедуры и функции.

Учащиеся оценивают свою работу на уроке, отвечая на данные вопросы.

8 этап. Домашнее задание. (2 мин.)

Дать информацию и инструктаж по д/з.

Запишите домашнее задание, представленное на слайде.  Вам необходимо прочитать тему 18, выучить основные понятия темы и ответить на вопросы в конце параграфа (1 – 3). Также необходимо решить 2 задачи (№ 4,5 на стр. 162) с помощью подпрограмм (слайд 26).

Слайд 26