Обучение информатике по опорным сигналам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ЕЛАБУЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РЕФЕРАТ:

ОБУЧЕНИЕ ИНФОРМАТИКЕ ПО ОПОРНЫМ

СИГНАЛАМ.

Составитель: Мякишева С. В.

Руководитель: Иванова Л. В.

Елабуга. 1998 год.

ПЛАН:

1) Введение.

2) Примеры листов опорных сигналов, выводы и ре-комендации к ним.

3) Эффективность применения ЛОС и ОК. Заключе-ние.

В рамках школьного курса информатики, особенно в условиях без машин-ного преподавания, в настоящее время широко используются так называемые листы опорных сигналов (ЛОС) или опорные конспекты (ОК), введенные в пе-дагогическую практику В.Ф. Шаталовым для наилучшего качества обучения. С использованием ЛОС заметно упрощается объяснение нового материала учите-лем, а так же запоминание и усвоение получаемых знаний учащимися. Приве-денный ниже материал был разработан Т.Н. Поддубной и апробирован в школе. Использование ЛОС позволяет сократить время обучения, сформировать у уча-щихся не разрозненные понятия, а систему знаний и больше внимания обратить на выработку умений составления алгоритмов для ЭВМ.

ЛОС - лист опорных сигналов.

ЛОС 1

ФОН НЕЙМАН

1946

МЕЛЬНИЦА АУ

ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 1.

Приведенный лист опорных сигналов соответствует разделу «Первоначаль-ные сведения об ЭВМ» пробного учебного пособия.

На схеме выделены основные блоки современной ЭВМ - память (ЗУ - за-поминающее устройство), устройства ввода-вывода (УВВ) и центральный про-цессор, который для удобства проведения исторической аналогии представлен в виде двух блоков: арифметического устройства (АУ) и устройства управления (УУ).

В начале 19 в. английским инженером Чарльзом Бэббиджем была выдви-нута идея создания счетной машины с программным управлением. Функцио-нальная схема машины Бэббиджа содержала блоки склад, мельница и контора, которые не нуждаются в особых пояснениях, как и факт их полного соответст-вия определенным функциональным блокам современного ЭВМ. Память ЭВМ на листе опорных сигналов представлена в виде куба, разделенного на отдель-ные элементарные ячейки - места хранения единиц информации, обработкой которой занимается ЭВМ. Подобное деление, кроме того, что оно связано с понятием байта, а также более и менее крупных ячеек памяти (бит, слово и т. д.), позволяет просто объяснить один из основных принципов построения со-временных ЭВМ, сформулированный Джоном фон Нейманом. Это принцип ад-ресации ячеек памяти (опорный сигнал ПА).

Память ЭВМ, какую бы геометрическую форму она не имела (куб, ци-линдр, диск, лента), разбита на элементарные ячейки, которые пронумерованы подряд. Номер ячейки есть ее адрес. ЭВМ размещает и разыскивает информа-цию в памяти по адресам. Таким образом, каждая ячейка характеризуется своим адресом и содержимым (кодом, который в ней записан). Работа ЭВМ, собст-венно, и заключается в том, что она в соответствии с некоторой совокупностью команд меняет содержимое ячеек памяти.

Усвоить этот принцип помогает такой пример. Кто живет по адресу: ул. Ленина, д. 6, кв. 20? Сегодня один, завтра другой. Содержимое ячейки с дан-ным адресом может быть разным в разное время.

Первоначально информация заносится в память ЭВМ с помощью специ-альных команд (операторов) ввода, и, хотя в учебном пособии их нет, упомя-нуть их полезно. Команды ввода обеспечивают ввод информации в оператив-ную (внутреннюю) память ЭВМ с различных внешних носителей и устройств - перфокарт, магнитных лент и магнитных дисков, с клавиатур терминалов. На ЛОС этот момент изображен стрелкой, в качестве внешнего устройства показа-на клавиатура персональной ЭВМ.

Подобное, в некоторой степени углубленное, представление структуры памяти ЭВМ является важным в методическом плане, так как обучение основам алгоритмизации должно строиться в расчете на то, что исполнителем алгоритма будет ЭВМ. Значит, первичные знания о ней необходимы. Например, при изу-чении раздела «Алгоритмы работы с величинами» важно показать, что отнесе-ние величин к различным типам обусловлено и тем, что они имеют разное внутреннее (в памяти ЭВМ) представление, в частности могут иметь разную длину.

Знание структуры памяти позволяет уже при изучении этого материала основательно рассмотреть механизм выполнения алгоритма на ЭВМ - второй принцип, сформулированный фон Нейманом, - принцип программного управ-ления (опорный сигнал ПУ). На ЛОС в квадрате, соответствующем арифмети-ческому устройству, помещена последовательность трех команд - три оператора (так они называются в алгоритмических языках) присваивания значений пере-менным C и S. При записи операторов использован знак операции присваива-ния :=. После выполнения операторов C:=A+B и S:=A+B переменные C и S по-лучат значение, равное сумме значений переменных A и B, которые были вве-дены в память ЭВМ с помощью команд ввода. После выполнения оператора S:=S/2.2 переменная S получит новое значение, которое равно старому значе-нию этой переменной, разделенному на константу. Последняя тоже берется из некоторой ячейки памяти ЭВМ.

Принцип программного управления - второй основной принцип совре-менных ЭВМ. Он заключается в том, что ЭВМ работает сама, без участия чело-века, по программе ( последовательности команд), которая находится в ее памя-ти, т.е. предварительно вводится в нее с внешнего устройства. ЭВМ выбирает команды из памяти одну за другой, анализирует их в арифметическом устрой-стве, выполняет и результаты снова возвращает в память. Этим процессом управляет устройство управления.

Остановимся еще на одном моменте. Команды присваивания S:=A+B и S:=S/2.2 находились в памяти ЭВМ и были выбраны в арифметическое устрой-ство последовательно друг за другом. После выполнения первой команды в ячейку памяти для переменной S занеслось значение, равное сумме A+B, а по-сле выполнения второй - в 2.2 раза меньше. Второй оператор присваивания тре-бует особого внимания, так как при его выполнении переменная, получающая значение и стоящая слева от знака присваивания, и переменная, значение кото-рой используется при вычислении, находятся в одной и той же ячейке памяти

Вынесенные на ЛОС команды присваивания помогают сделать два важ-ных дела: пояснить принцип программного управления и смысл важнейшей операции - операции присваивания.

В чем разница между командой присваивания и командой ввода?

При вводе информация поступает с внешнего устройства (извне). При присваивании информация (новое значение) создается при вычислении выра-жений внутри ЭВМ.

Выводы и рекомендации.

Информация на ЛОС - это систематизированное наглядное представление следующих понятий.

Функциональная схема ЭВМ.

Структура оперативной памяти ЭВМ.

Принцип адресации ячеек памяти ЭВМ.

Принцип программного управления ЭВМ.

Операция ввода информации и операция присваивания, их роль в алго-ритмах.

ПОЯСНЕНИЯ К ЛОС 2.

На ЛОС 2 обсуждается вопрос о порядке выполнения команд, с помощью которых записан алгоритм.

1. Команды выполняются последовательно друг за другом.

2. В алгоритме может быть некоторое условие, определяющее порядок выполнения команд, - ветвление на две последовательности, из кото-рых выполняется только одна, в зависимости от выполнения или невы-полнения этого условия.

3. В алгоритме может быть предусмотрена возможность многократного повторения определенной последовательности команд.

На ЛОС 2 эти три вида инструкций, управляющих порядком выполнения команд алгоритма, связаны с опорным сигналом в виде светофора.

ЛОС 2

1) Цветовые сигналы загораются последовательно.

2) Цвет сигнала определяет последовательность действий объекта в виде ветвления.

3) Работа светофора - это многократное повторение смены трех этих цве-тов от начала движения транспорта и пешеходов до его окончания.

Одна или несколько команд, которые в алгоритме рассматриваются как одно целое и называются серией, изображаются в прямоугольнике с одним входом и одним выходом; условие - в ромбе с одним входом и двумя выходами, над которыми написаны слова «да» и «нет», означающие выполнение и невыпол-нение условия соответственно.

На ЛОС неявно определено, что серия - это последовательность любых команд, выполняемых друг за другом. То есть, внутри серии могут быть не