Програмування за допомогою мови кумир. Найпростіший алгоритм. Введення в програму Кумир Робота з додатком кумир

Виконавець Робот Система команд виконавця Робот Команди переміщення: вгору, вниз, вліво, вправо Робот переміщається однією клітинку вгору, вниз, вліво, вправо. Команда зафарбувати – зафарбовує клітку, де стоїть Робот. Перевірка істинності умови: зверху вільно, знизу вільно, ліворуч вільно, праворуч вільно Робот перевіряє істинність умови відсутності стіни біля тієї клітини, де знаходиться Робот. Можна використовувати запис складових умов, утворених логічними операціями І, АБО, НЕ.

Виконавець Робот Безпосереднє редагування обстановки Усі команди редагування обстановки виконуються за допомогою миші: поставити/прибрати стіну – клацнути по межі між клітинами, зафарбувати/очистити клітинку – клацнути по клітці, перемістити Робота – перетягнути мишею у потрібну клітинку.

Виконавець Робот Команди меню Робот Показати поле Робота Робить видимим вікно спостереження за Роботом. Друкувати обстановку Створює PDF-файл, який відображає поточну обстановку в кольоровому або чорно-білому варіанті. Зберегти обстановку у файлі Створює текстовий файл із описом обстановки у внутрішньому форматі *.fil. Цей файл надалі може бути завантажений як стартова обстановка (команда Змінити стартову обстановку) або при редагуванні стартової обстановки (команда Відкрити вікна редагування стартової обстановки). Змінити як стартову обстановку Встановлює нове ім'я файлу стартової обстановки (за допомогою стандартного діалогу) та завантажує нову стартову обстановку. Повернутися до стартової обстановки Робить стартову обстановку поточної.

Виконавець Робот Зображення поточної обстановки у вікні спостереження Зображення поточної обстановки завжди повністю міститься у робочому полі вікна спостереження за Роботом. Фон робочого поля – зелений. Зафарбовані клітини – сірі. Між клітками – тонкі чорні лінії. Стіни Зображуються товстими жовтими лініями. У клітці робочого поля вікна спостереження Робот зображується ромбиком.

Виконавець Робот Приклад 1. Складемо алгоритм з ім'ям «Хід конем», щоб Роботу потрапити з точки А в точку Б (Рис.3). Алгоритм має вигляд (Рис. 4). Після виконання Робот переміститися в потрібну точку (Рис.5). Алгоритм, записаний мовою виконавця називається програмою. Рис.3Рис.4 Рис.5

1 урок

Найпростіший алгоритм.

Відкрийте програму «Кумир»Рис.1

Рис.1

Використовуючи рядок меню «Програма→Відкрити програму→1 Приклад.kum», у полі алгоритму з'явиться 1 прикладРис.2

Рис.2

Для виконання натисніть F9 при цьому у рядку виконання з'явиться записРис.3 у відповідь на це треба ввести число, наприклад 5 і натиснути«Enter» Рис.4

Рис.3 Рис.4

Введіть друге число, наприклад 7, і натисніть«Enter» Рис.5 алгоритм виконано!

Рис.5

Очистіть поле алгоритму «Програма→Нова програма» – поле очищене.

Ім'я алгоритму може бути будь-яким набором символів:

Ім'я буває у величин, таблиць, алгоритмів та виконавців. Ім'я – це послідовність

слів, розділених пробілами. Перше слово імені не повинно починатися з цифри. Ні

одне зі слів має бути ключовим словом.

Приклади імен: m, погода на завтра, 7 листопада, Сьоме листопада, дом_57б.

Приклади неправильних імен:

Альфа-бета ("-" - неприпустимий символ)

Альфа або омега (або - ключове слово)

Типи величин

Величини, з якими працює Кумир-програма, поділяються на кілька типів.

Величина кожного з типів може набувати свого набору значень. У мові Кумир передбачені такі типи величин:

ціл - приймає цілі значення від -2147483647 до 2147483647

речей - приймає речові значення міжі

лог - приймає значення так чи ні (внутрішнє уявлення - так = 1, ні = 0)

цим — значення може бути будь-який літеральний символ (практично будь-який символ)

літ — значенням може бути рядок літеральних символів

Типи цілей і речей називаються числовими; типи сім і літ - текстовими.

Мова Кумир містить вбудовані функції перетворення числових типів у тексто-

ші і навпаки. При необхідності значення цілого типу автоматично переводяться у речові, а символьні – у текстові. Для перетворення речових

значень у цілі використовується вбудована функція int

На перших уроках розглядатимемо лише перші два.

Опис величин:величини описуються поруч із ключовим словомпоч

Нач ціл j, k, n, реч s

Математичні операції

Назва операції чи функції

Форма запису

додавання

віднімання

множення

поділ

зведення в ступінь

корінь квадратний

абсолютна величина

знак числа

синус

косинус

тангенс

котангенс

арксинус

арккосинус

арктангенс

арккотангенс

натуральний логарифм

десятковий логарифм

ступінь числа e

мінімум із чисел x та y

максимум із чисел x та y

залишок від розподілу x на y

приватна від поділу x на y

ціла частина числа x

випадкове число в діапазоні від 0 до x

x + y

x - y

x * y

x/y

x**y

sqrt(x)

abs(x) та iabs(x)

(-1, 0 або 1) sign(x)

sin(x)

cos(x)

tg(x)

ctg(x)

arcsin(x)

arccos(x)

arctg(x)

arcctg(x)

ln(x)

lg(x)

(e. 2. 718181) exp(x)

min(x,y)

max(x,y)

(x, y - цілі) mod (x, y)

(x, y - цілі) div (x, y)

int(x)

rnd(x)

Упорядкування алгоритмів.

Скласти найпростіший алгоритм на обчислення середнього арифметичного 3 чисел. Дані наводяться з клавіатури.

алг середнєарифм

поч цел а,б,с, реч д

введення а; введення б; введення з

д:=(а+б+с)/3

висновок "д=",

кін

Скласти програму на знаходження гіпотенузи у прямокутному трикутнику за введеними з клавіатури катетами. (Нагадуємо)

алг гіпотенуза

поч цел а,б, реч з

введення а; введення б

з:=sqrt(а*а+б**2)

висновок "с="

кін

Скласти програму на обчислення заданого з клавіатури синуса кута (нагадуємо що sin α треба перевести в радіанну міру: де пі = 3,14

алг синус

нач цел а,реч пі,с

пі:=3.14

введення а

з:=sin(а*пі/180)

висновок "синус =",

кін

Обчислити площу трапеції за введеними з клавіатури двома підставами та висотою (нагадуємо S =)

алг трапеція

поч ціл а,б,h, реч s

Введення а,б,h

S:=(а+б)*h/2

Висновок "s=",s

кін

в останньому прикладі зверніть увагу на рядоквведення а,б,h змінні треба вводити через пробіл, після останньої натиснути «Введення»

Для самостійного вирішення:

(Змінні значення вводити з клавіатури)

Додатково:

перевести дюйми у мм, якщо 1 дюйм = 2,54 мм
перевести км/год на м/с (помножити на 1000, поділити на 3600)
перевести годинник за секунди.
Розрахувати швидкість тіла ( v = S / t)
обчислити площу та периметр прямокутника зі сторонами а, б
обчислити обсяг прямокутної призми.
обчислити площу кола
обчислити площу трикутника по 3 сторони (формула Герона)
обчислити гіпотенузу прямокутного трикутника

Програмування з використанням мови Кумир

(з досвіду роботи)

Кумир (Комплект Навчальних СВІТів) – система програмування, призначена для підтримки початкових курсів інформатики та програмування у середній та вищій школі.

Вона розроблена в Російській Академії наук у рамках планових робіт і розповсюджується вільно (на умовах ліцензії GNU GPL v.2).

Швидше за все, у найближчі роки відбуватиметься поступовий перехід на комп'ютеризований варіант здачі ЄДІ з інформатики. Комп'ютерна система тестування (КТС ЄДІ) поки орієнтована на використання кросплатформових систем програмування Кумир і FreePascal.

У 1985 році наш академік АП Єршов вигадав мову російську алгоритмічну мову, схожу на мову програмування ALGOL. Але оскільки тоді ще не було комп'ютерної підтримки цієї мови (ті, хто викладали інформатику в перші її роки входження до школи, пам'ятають, що все робилося в безмашинному варіанті, вручну, на папері), потім з'явилися комп'ютери з дисковою операційною системою (DOS ). Але хорошої програмної підтримки російської алгоритмічної мови було створено. Перший Кумир працював дуже повільно, його інтерфейс був дуже примітивним. Про Кумир забули, оскільки стали з'являтися інші, зручніші та функціональні мови. Але, на жаль, майже всі вони англомовні. Для масової школи їхнє освоєння пов'язане з використанням англійських слів та скорочень, що потребує додаткового часу на освоєння. Тому програмування як таке зі школи поступово майже зникло. Вчителі за рідкісними винятками просто не включали програмування у свої уроки. А програма з інформатики містить лінію програмування, отже, цим треба займатися.

Ті, хто вивчає мову Delphy, Pascal, Сі, повернення до алгоритмічного мови сприймають як відкат назад, у минуле, вважаючи його примітивним. А час іде, і наші програмісти також працюють. Той Кумир, що був у 80-ті роки, зазнав значного доопрацювання, і на сьогодні версія 1.72 є однією з перспективних, повністю готової до роботи в школі в комп'ютерному варіанті.

Перший сигнал про друге пришестя Кумира з'явився у квітні 2010 року після семінарів, які проводили, та на Дні вчителя інформатики 2.04.2010 у рамках Дев'ятого московського педагогічного марафону. Трохи згодом у газеті «Інформатика» з'явилася стаття та присвячена комп'ютерному варіанту ЄДІ.

Новина справила ефект бомби, що розірвалася, серед вчителів інформатики. На педагогічних сайтах розгорнулися бурхливі дискусії (див. тему «Бути Кумиру?» та обговорення на сайті pedsovet.org).
Більшість учасників цих словесних баталій Кумир не прийняли, було сказано багато лайливих слів.

За словами самих авторів, Кумир призначений для початкового навчання алгоритмізації та програмування (6-7 класи). Поки він займав цю нішу, все було відносно добре і спокійно: практично ніхто з учителів не чіпав Кумир, але Кумир нікого не чіпав.

Але тепер постало питання про те, що Кумир стає однією з (двох) мов, дозволених на комп'ютерному ЄДІ з інформатики, тобто піднімається на рівень 10-11 класів. Це змусило замислитися. Захід явно вимушений: для комп'ютерного ЄДІ потрібен

кроссплатформенність безкоштовність простота установки відносна популярність та популярність.

Таких середовищ не дуже багато, тому повернення до Кумиру цілком логічне. З цим доведеться рахуватися та використовувати у своїй роботі.

Треба сказати, що в методичній літературі опубліковано чимало матеріалів для того, щоб такий масовий перехід відбувся комфортно та безболісно.

29 листопада 2010 року Московський інститут відкритої освіти (МІГО) провів апробацію комп'ютеризованої системи проведення ЄДІ з інформатики та ІКТ (КМС ЄДІ). У газеті «Інформатика» (№№ 24/2010 та 2/2011) опубліковані статті із серії «Освій Кумир за 6 годин». До цього, у 2009 році, надруковано цикл матеріалів та «Методика викладання основ алгоритмізації на базі системи Кумир». На черговому Дні вчителя інформатики (01.04.2011) просування Кумиру продовжилося (проведено семінар та круглий стіл). Все це говорить про те, що з Кумиром доведеться рахуватися.

В даний час спостерігається затишшя: термінів та прямих вказівок на введення комп'ютерної системи тестування поки не називають.

Як і будь-яке явище, мова Кумир має переваги та недоліки. Про них багато говорили на згаданому курсі МІГО, навіть було зроблено Wiki-сторінку «Плюси та мінуси Кумира».

Сучасні версії мови 1.7, 1.8 мають ряд істотних недоліків:

висновок x:4

Кушніренко обіцяв, що версія 2.0 буде суттєво швидше.

Загальні висновки щодо Кумира:

Російські команди школярі сприймають набагато легше англійських вивчення основ програмування та алгоритмізації Кумир нічим не гірше Паскаля, у новій версії можна робити практично все, що потрібно; якщо вдасться серйозно прискорити обчислення, буде дуже добре Кумир дуже добре йде навіть у 9-11 класах на базовому рівні і може бути дуже вдалим вибором для тих, хто в майбутньому не буде професійно програмувати.

ПіктоСвіт

ПіктоМир - молодший брат КуМира, що окремо розповсюджується, вільно розповсюджується програмна система для вивчення азів програмування дошкільнятами та молодшими школярами. ПіктоСвіт дозволяє дитині "зібрати" з піктограм на екрані комп'ютера нескладну програму, що управляє віртуальним виконавцем-роботом. ПіктоСвіт насамперед орієнтований на дошкільнят, які ще не вміють писати або на молодших класників, не дуже люблять писати. За бажанням, ПіктоСвіт-програму можна зберегти в Кумирі і продовжити роботу над нею в Кумирі.

Програмування в ЄДІ має вагу 10 (первинний бал), що становить 25% усієї роботи

У своїй практиці основи мови Кумир закладаю ще в 7 класі при вивченні виконавців Чортежник та Робот (за програмою ЛЛ Босової). У 9 класі працюю за таким планом.

	Тема уроку	Практична робота на уроці
	Знайомство з середовищем Кумир: безпосереднє керування діями Робота (інтерфейс, команди, відмови)	Робота з Пультом, редагування стартової обстановки, запис лінійних алгоритмів
	Програмне керування Роботом. Основна конструкція алгоритму: алг-поч-кін. Команда повторення: цикл До разів	Малювання контуру (прямокутник), 3 однакові літери. Запис тексту програм на згадку про комп'ютер
	Команда повторення: цикл ПОКИ. Блок-схема	Рух Робота до стіни
	Команда розгалуження у повній формі. Блок-схема	Обхід перешкоди у формі кута
	Команда розгалуження у короткій формі. Блок-схема	Забарвлення верхніх бокових виходів горизонтального коридору
	Змінна: ім'я, тип, значення. Команда привласнення	Підрахунок зафарбованих клітин, виходів, кроків до перешкоди, повернення у вихідну клітину (цикл До разів)
	Вкладені структури. Блок-схема	Зафарбовування ряду клітин через одну
	Обчислювальні алгоритми, функції div та mod	Знаходження сум, різниць, творів, заданих в алгоритмі чисел. Зафарбовування ряду клітин через одну
	Команди введення та виведення, функція sqrt. Аргументи, результати, проміжні величини.	Розв'язання квадратного рівняння на комп'ютері
	Знаходження максимуму (мінімуму) двох та трьох чисел
	Знайомство з виконавцем Чортежника. Абсолютне та відносне зміщення	Зображення прямокутника з діагоналями, будиночка
	Допоміжні алгоритми	Малювання вулиці з трьох будиночків. Малювання орнаменту
	Малювання параболи	Малювання параболи
	Алгоритм Евкліда	Запис алгоритму та виконання програми на комп'ютері
	Сума цифр десяткового числа	Запис алгоритму та виконання програми на комп'ютері
	Команда вибору з багатьох варіантів	Переклад Робота з одного кута прямокутника в протилежний
	Самостійна та групова робота (індивідуальні диференційовані завдання)	Виконання алгоритмів (протокол)
	Самостійна та групова робота (індивідуальні диференційовані завдання)	Створення алгоритмів та виконання програм на комп'ютері
	Повторення: основні алгоритмічні конструкції	Переклад Робота до найближчої стіни
	Контрольна робота	Скласти алгоритм, виконати програму

Кількість алгоритмів (програм), що вивчаються на уроці, залежить від загального розвитку учнів і тому варіюється рік у рік. На будинок пропонуються подібні завдання (з деякою зміною ситуації, завдання перед виконавцем), на наступних уроках роботи перевіряються, відзначаються найкращі пропозиції, правильний текст алгоритмів записується в робочі зошити учнів, перевіряється на комп'ютерах.

Російська мова, підсвічування та пояснення помилок, кольорове написання ключових слів, наочний рух виконавців на екрані дозволяє включити у роботу найслабших учнів. Оскільки вивчення теми починається першому ж уроці з безпосереднього отримання видимих практичних результатів управління виконавцем Робот, з роботи серед Кумир.

Велику допомогу в роботі на цю тему надає посібник «Інформатика 7-9 класи» АГ Кушніренко, ГВ Лебедєва, ЯН Зайдельмана, 2002, Дрофа.

З 14 шаблонів можливих на ЄДІ завдань (у кодифікаторі елементів змісту та вимог до рівня підготовки випускників загальноосвітніх установ у 2013 році) вже 3 завдання вирішуються у 9 класі: Знаходження максимуму (мінімуму) двох, трьох, чотирьох чисел без використання масивів та циклів, Знаходження коріння квадратного рівняння, знаходження найбільшого загального дільника двох натуральних чисел. Роботу над іншими завданнями необхідно вирішувати в індивідуальному плані з тими учнями 10-11 класів, які складатимуть ЄДІ з інформатики та ІКТ.

Використані джерела:

, .

· Викладання програмування серед Кумир.

· Вирішення завдань у системі Кумир (test. kumir. su).

· Курс алгоритмізації з використанням виконавців системи Кумир та автоматичного тестування (*****)

Виконавець "Робот". Концепція алгоритму. Управління "Роботом" за допомогою пульта. Команди-питання. Протокол сеансу ручного управління "Роботом". Автоматичне управління "Роботом" за допомогою ЕОМ. Алгоритм – план майбутньої діяльності. Алгоритмічна мова.

Наприкінці вісімдесятих років у Політехнічному музеї в Москві проходили тематичні зустрічі, організовані редакцією популярного тоді серед комп'ютерних фахівців журналу "Мікропроцесорні засоби та системи". Один із таких вечорів був присвячений комп'ютерним іграм і проводився під гаслом "Вчися працювати граючи". У цьому гасла багато вірного. Часто комп'ютерні ігри мають зручний і звичний інтерфейс, що базується на накопичених гравцем поза комп'ютерною сферою знання та навички. А значить, процес навчання стає практично непомітним або навіть непотрібним: людина відразу приступає до вирішення поставленого перед ним завдання - почати грати в нову, невідому йому до цього моменту гру і... постаратися в цій грі досягти успіху: виграти конкретний раунд, піднятися на можливо вищий рівень, показати рекордний результат тощо. Але бажання досягти успіху виникає не тільки в іграх, і це можна використовувати в навчанні. Найважливіша умова тут – можливість швидкого досягнення перших успіхів кожним учнем.

Ми проголосили самостійною метою розвиток алгоритмічного стилю мислення та сказали, що при досягненні цієї мети є власні складнощі, які вчителю та учням доведеться долати. Складностей багато, але спочатку головна їх - технічна. Скільки часу і сил доведеться витратити учневі, щоб освоїти "правила гри", почати "грати" (а насправді почати "вчитися працювати") і досягти першого успіху? Хотілося б, щоб потрібний час вимірювався хвилинами, а зусилля були близькі до нуля, щоб входження в нову гру (вивчення інформатики) робилося, як кажуть, граючи! Саме тому на початковому етапі навчання завдання, які вирішують учні, та інструменти, які при цьому використовуються, потрібно очистити від зайвих технічних деталей, що заважають, від невідомого (або відомого, але “чужого”) англійського алфавіту та англійських слів, від необхідності набирати довгі тексти (або від необхідності набирати тексти взагалі), від необхідності витрачати сили на розуміння умов завдання, виражених у математичній формі.

№ газети
	Лекція 1. Основні цілі курсу. Методика побудови курсу. Проблемний підхід Теорія пізнається через практику. Система "КуМир" - ефективна підтримка традиційних понять процедурних мов програмування та традиційних методів налагодження. Приклади використання “КуМіру” у передпрофесійних курсах.
	Лекція 2. Практичне знайомство із системою “КуМир”: виконавець Робот. Концепція алгоритму. Керування виконавцем Робот за допомогою пульта. Лінійні алгоритми. Запис алгоритму. Відступ: Карел-Робот у початковому курсі програмування Стенфордського університету.
	Лекція 3. Методи "візуального" запису алгоритму. Програмне керування Роботом. Цикл “ nразів”. Використання допоміжних алгоритмів. Запис алгоритмів алгоритмічною мовою.
	Контрольна робота №1.
	Лекція 4. Арифметичні висловлювання та правила їх запису. Алгоритми зі “зворотним зв'язком”. Команда "поки". Умови в алгоритмічній мові. Команди "якщо" та "вибір". Команди контролю. "Візуальне" представлення команд. Відступ: правила та форма запису арифметичних виразів у Фортрані XXI століття.
	Лекція 5. Величини в алгоритмічній мові. Команди введення/виведення інформації. Команда привласнення. Допоміжні алгоритми. Алгоритми з результатами та алгоритми-функції. Цикл "для". Табличні величини. Логічні, символьні та літерні величини.
	Контрольна робота №2.
	Лекція 6. Методи алгоритмізації. Рекурентні співвідношення. Метод ітерації. Інваріант циклу. Рекурсія.
	Лекція 7. Фізичні засади сучасних комп'ютерів. Мікропроцесор – серце сучасного комп'ютера. Як створити комп'ютер.
	Лекція 8. Віртуальні та реальні виконавці у системі “КуМир”. Виконавець Креслення. Лего-Робот - програмно керований виконавець "Кумиру". Гіпертексти у системі “КуМир”. Підготовка завдань для учнів та їхня автоматична перевірка. Підсумкова робота.

Тому ми починаємо із Робота. Для розуміння пристрою Робота і правил управління їм потрібен лише здоровий глузд. Робот надзвичайно простий і вивчати в ньому практично нічого. Так само, як нічого вивчати в більшості ігор, перш ніж починаєш у них грати.

Щоб розповісти, що таке Робот, вистачить три хвилини. Фраза "Роботом можна керувати за допомогою пульта" зрозуміла і дошкільнят. Адже створений нашою уявою Робот простий, і набір правил гри з нею дитина може усвідомити як набір умовних, ігрових понять. З іншого боку, життєвий багаж малюків, як правило, вже містить знання про те, що бувають іграшки, що вони керуються, що вони керуються дистанційно за допомогою пульта, що при невдалому управлінні іграшка може впертися в стіну і т.д. Тому для них не буде дивним, що введений нами (дорослими) уявний Робот управляється дистанційно і має пульт управління. Те, що пульт управління має багато кнопок, також навряд чи здивує дитину, тому що він знає, що пульти "водяться" в будинку всюди і наявність на них різних незрозумілих кнопок зовсім не турбує ні дітей, ні дорослих. Важливо вміти користуватися лише з них.

Отже, для початкового знайомства з Роботом взагалі нічого не потрібно знати. Навіть не обов'язково твердо пам'ятати, де "право", а де "ліво", тому що на кнопках пульта Робота замість слів "вправо-вліво" вигравірувано стрілки. Але завдання вже можна ставити та вирішувати. Чудово у цих завданнях те, що коли вже учень задумався над завданням з управління Роботом, то вчитель може бути на 100% впевнений, що всі складності учня алгоритмічні: "як це зробити?", а не "що ж тут треба вирішувати?" . Немає складності не тільки в самому Роботі, а й у постановці завдання. Намалюємо на полі Робота прямокутна перешкода розміром 3? 4, поставимо Робота під лівим нижнім кутом перешкоди, дамо школяру пульт і попросимо "покерувати" Роботом так, щоб він обійшов навколо перешкоди та зафарбував усі клітини, що прилягають до перешкоди. Ця постановка завдання проста і навіть нудна. Завдання стане цікавішим, якщо попросити школярів скласти план вирішення аналогічного завдання обходу прямокутної перешкоди "невідомих розмірів". Невідомість розмірів в тому, що пульт школяру дається, а поле Робота не показується. Тут і виникає стимул вивчення інших кнопок на пульті Робота - команд-питаний. Досвід роботи зі школярами показує, що після демонстрації роботи цих команд завдання обходу прямокутної перешкоди "невідомих розмірів" також не викликає особливих труднощів у 5-6-класників.

У цей момент і починається найцікавіше. На табло пульта висвічується протокол діалогу Людини і Робота при розв'язанні задачі Людиною, яка не бачить поля Робота, а отримує всю інформацію про оточення Робота за допомогою команд-питань, що задаються з пульта. Виникає ідея доручити проведення подібного діалогу автоматичного пристрою - ЕОМ. Для реалізації цієї ідеї потрібно вигадати правила опису подібних діалогів - алгоритмічну мову. І спробувати записати цією мовою алгоритм "автоматичного" обходу перешкоди.

У цей момент і почнуться проблеми. Вони очікувані і зрозумілі. Адже школяр повинен буде освоїти правила нової складної двоетапної гри: спочатку він повинен скласти план майбутньої діяльності і записати його за суворими правилами, і тільки після того, як робота зі складання плану буде закінчена, ЕОМ виконуватиме цей план, командуючи Роботом. Тільки на другому етапі стане зрозуміло, був план складений правильно чи ні. У новій "двоетапній" грі є дві нові проблеми. Технічна, якої можна і треба уникнути, та змістовна, уникнути якої не можна.

Технічна складність полягає в тому, що алгоритм потрібно описувати за суворими формальними правилами, і школяр може порушити ці правила, записуючи свої ідеї з автоматичного управління Роботом. Спочатку цієї проблеми можна уникнути, надавши школяру програмну систему, яка дозволяє створювати тільки правильні алгоритми.

Цей курс і присвячений пояснення того, як педагог може допомогти школярам подолати цю змістовну труднощі оволодіння алгоритмічним стилем мислення.

Забігши вперед, зауважимо, що у вчителя в даному курсі буде три основні інструменти: 1) шкільна мова програмування (скорочено – мова “КуМир”),
2) система програмування цією мовою, націлена на забезпечення початкового курсу інформатики для новачків, і 3) методика поетапного розвитку алгоритмічного стилю мислення, заснована на вирішенні спеціально підібраної послідовності завдань. Мова та система “КуМир” спеціально розроблялися таким чином, щоб учень міг вирішувати завдання та концентруватися на подоланні відповідної алгоритмічної складності, а не розбиратися з особливостями мови чи програмного забезпечення. Цій меті служать і засоби “породження” лише правильних конструкцій мови, і негайна діагностика помилок при складанні алгоритму, та зручні засоби виконання та показу результатів роботи написаного алгоритму. У процесі виконання на екрані зображуються і алгоритм, і результати його роботи – переміщення роботи по полю. Як і будь-яких інших системах програмування, алгоритм можна виконувати за кроками. Цей процес виконання можна перервати, підправивши алгоритм та запустивши його знову.

"Кумир" - навчальна система. Вона зводить до мінімуму “накладні витрати” на освоєння, має розвинену систему діагностики помилок, кошти, дозволяють учневі стежити виконання програми, тощо. Учень, який ніколи раніше не програмував, може почати писати та виконувати відносно складні алгоритми через 1–2 години після першого знайомства з “Кумиром”. Водночас, система “КуМир” дозволяє створювати досить великі та складні програми (сотні рядків).

Робота в "Кумирі" очищена від понять "компіляція" та "режим налагодження". Можна сміливо сказати, що “КуМир” (на початковому рівні навчання) очищений від поняття виведення інформації, хоча робота з файлами включено до нього як окремий виконавець. При створенні Е-практикуму - нульової версії системи "КуМір" -
1986 року на мехматі МДУ перед розробниками стояло завдання підготувати у найкоротші терміни перших вчителів інформатики. Більшості з них випала нелегка частка: вони мали спочатку вивчити цей предмет, а потім негайно почати його викладати. Тому творці системи “КуМир” прагнули зробити мову та систему максимально простими.

Простота початкового освоєння Робота створює в учнів, особливо в лідерів класу з даного предмета, справедливе здавалося б відчуття іграшковості того, що відбувається. Тому важливо з самого початку оприлюднити ряд завдань високої алгоритмічної складності, над якими лідери класу можуть працювати годинами і пишатися, коли буде отримано рішення.

Ще одна проблема – монотонність, графічна схожість обстановок, у яких діє Робот. Для того щоб внести в методику роботи з Роботом графічну (та й алгоритмічну) різноманітність, Робота в “КуМірі” можна “висаджувати” не тільки на плоскі картаті “планети”, а й на циліндричні або навіть тороїдні.

Для дошкільнят або молодшокласників іграшковість Робота абсолютно необхідна та корисна. Графічно Робот повинен бути привабливим, симпатичним і смішним, таким, як Робот-ліхтарник у грі Lightbot (див. лекцію 1), а зовсім не похмурим ромбиком, як у підручнику 7-9 Кушніренко, Лебедєва, Зайдельмана. Графічна аскетичність доречна у старших класах школи, щоб не відволікати учня від змістовного завдання кумедним виглядом виконавця.

Іграшкова простота, однак, не завжди притаманна навіть комп'ютерним іграм. Так, книга правил гри "Star Wars RPG" - це 300-сторінковий том, щоправда, написаний у стилі "all you need to play". В іншій грі - "Dungeons & Dragons", для повноцінної гри знадобляться щонайменше дві такі книжки, не вивчивши які не можна навіть думати про перемогу.

Отже, повернемося до принципів викладання, які ми пропонуємо. Г.В. Лебедєв у своїх лекціях в Архангельську сформулював їх так:

“Наш курс та, відповідно, підручник побудовані на трьох глобальних методичних засадах:

1) все пізнається через роботу ("черепаха" курсу);

2) проблемний підхід;

3) виділення алгоритмічної складності у “чистому вигляді”.

Якщо розказана вище задача обходу прямокутної перешкоди здасться надто складною, як перша “проблема”, яку можна поставити перед учнями, візьміть простішу задачу: використовуючи пульт, перемістити Робота по полю вниз, обійшовши першу прямокутну перешкоду, що зустрілася. У наші дні більшість школярів (і навіть дошкільнят) знайомі з машинами, що радіокеруються, і успішно управляються з ними вдома або в парку атракціонів. Тому для сучасної дитини навіть 5–6 років тут немає жодного серйозного завдання. Рішення дитина приймає по ходу управління, до того ж домашні машинки складніші за роботу. Робот за своєю природою дискретний: виконання двох команд ліворуч, а потім двох команд праворуч поверне Робота до тієї клітини, де він був на початку.

Такий стиль управління виконавцем за допомогою пульта ми назвемо "безпосереднім управлінням": рішення про керуючу дію приймається по ходу управління.

Якщо при командуванні Роботом ми бачимо поле Робота та його переміщення, команди зворотного зв'язку нам не потрібні. Такий режим корисний на початку освоєння Робота. Нехай тепер ми не бачимо поля Робота, ніби він знаходиться на далекій планеті, а нам, як і раніше, треба ним керувати. На пульті є спеціальні кнопки, натиснувши ми можемо запросити інформацію від Робота, в конструкцію якого включені різні датчики. Робот дивиться (або обмацує), чи є стіна праворуч (ми натиснули кнопку “стіна” та “вправо” та отримали на табло відповідь “справа стіна – ні”). Значить, праворуч стіни немає.

Тепер завдання учня - не бачачи нічого, крім пульта управління, змусити робота спуститися під перешкоду (при цьому відстань від початкового положення робота до перешкоди невідома).

Це деяке незначне ускладнення: учень повинен уявляти обстановку Робота в розумі і приймати рішення, базуючись на відповідях Робота. Може, й не з першої спроби, але практично усі учні таке завдання вирішать. Потрібно обережно крокувати вниз до перешкоди: при кожному кроці перевіряти, чи вільно ще внизу. Як тільки дійдемо до перешкоди, на чергове питання "знизу вільно" Робот відповість "ні".
У цей момент треба почати крокувати вправо, при кожному кроці перевіряючи, чи не скінчилася перешкода (що потрібно для цього запитати у робота?). Потім спускатися донизу, перевіряючи наявність перешкоди зліва.
І, нарешті, зробити один крок ліворуч, щоб опинитися під перешкодою. Такі послідовні натискання на кнопки - навіть із аналізом невидимої учня обстановки, навряд чи викличуть великі труднощі в більшості учнів. Якщо на початку уроку за вікном гарна погода та вчитель захоче провести урок у дворі школи (на повітрі), а не за комп'ютерами у класі, то роль Робота із задоволенням виконає хтось із класу, а картате поле можна намалювати паличкою на футбольному майданчику.

Як мовилося раніше, записати чи пояснити усно комусь придуманий алгоритм розв'язання завдання важче, ніж виконати роботу самому. Експерименти, проведені в класах, показують, що якщо школяра попросити записати послідовність натискань на кнопки пульта Робота для вирішення завдання попереднього абзацу (обходу перешкоди невідомих розмірів, що знаходиться десь нижче), то значна частина учнів, яка чудово уявляє, на які кнопки і як треба натискати, щоб змусити робота обійти перешкоду, не в змозі чітко записати цю послідовність дій.

Проблема полягає в тому, що якщо раніше учень просто натискав на кнопки (схема "безпосереднього управління"), то тепер він пише програму (алгоритм), яка далі виконуватиметься без його участі - зазвичай за допомогою ЕОМ, яка "натискає на кнопки" і командує виконавцем.

Отже, завдання запису алгоритму для його наступного автоматичного виконання поділяється на два етапи: на першому етапі потрібно не тільки записати алгоритм, а й вибрати спосіб запису, деяку формальну мову, яка розуміє і людина, і ЕОМ (або будь-який інший пристрій, який призначений для виконання алгоритму, що має зв'язок із виконавцем). На другому етапі відбувається відчуження алгоритму від людини, і ЕОМ сама починає командувати Роботом відповідно до складеного алгоритму.

Чому алгоритм важко записати? Можна виділити три причини:

по-перше, алгоритм доведеться відразу продумати у всіх деталях, нічого не можна відкласти на потім - адже виконувати алгоритм вже не ми, а ЕОМ; по-друге, ми маємо записати алгоритм без двозначностей, тут теж не можна відкласти уточнення деталей “на потім”; по-третє, виконувати алгоритм буде ЕОМ – досить простий технічний пристрій. ЕОМ може розуміти тільки якийсь формальний мову і, як би не було прикро, не може здогадатися, що ми "мали на увазі", - все має бути описано явно, точно, формально і зрозумілою для ЕОМ мові. Автор алгоритму у його виконанні не бере участі і не може нічого виправити по ходу справи.

Отже, алгоритм – це план майбутньої діяльності, записаний у заздалегідь обраній формальній системі позначень (нотації). Для простоти вважатимемо, що становить алгоритм людина, а виконує - ЕОМ.

І все-таки, як же уникнути триголового дракона, який заважає нам навчитися складати алгоритми для ЕОМ?

Насамперед зробимо крок назад і зауважимо, що завдання запису алгоритму існує і цілком реальне. Припустимо, ми посилаємо Робота на якусь далеку планету. Нехай ми – на Землі, а Робот – на картатий полі на космічній станції на Нептуні. Тоді, якщо ми самі командуємо Роботом із Землі, наша команда дійде до Нептуна приблизно за 4 години, після чого ще стільки часу відповідь буде йти назад.

Скажімо, ми “запитали” “справа стіна?”, через 4 години ця команда дійде до Робота, Робот перевірить, чи є праворуч стіна, і ще 4 години відповідь йтиме назад на Землю. І лише після цього ми зможемо його проаналізувати, ухвалити рішення, куди рухатися далі, і надіслати відповідну команду Роботу (яка ще 4 години йтиме до Робота). Таке управління передбачає неквапливе дослідження планети з темпом видачі команд – 3 команди на добу. Найчастіше такий низький темп неприпустимий. Більше того, на Нептуні за 8 годин зі стінами може щось трапитися: одні стінки можуть зникнути, а інші виникнути. Щоб керувати Роботом із нормальною швидкістю, можна вивести на орбіту навколо Нептуна супутник та командувати Роботом із супутника. Від супутника до Робота сигнал йтиме на долю секунди - затримок не буде, і процес прискориться. Оскільки, проте, ми збираємося тримати на борту супутника екіпаж управління Роботом, на супутнику доведеться встановити ЕОМ. Тоді ми із Землі зможемо надіслати на супутник програму - алгоритм управління Роботом. Ця програма йтиме до супутника ті ж 4 години, зате потім ЕОМ зможе командувати Роботом без нашої участі, видаючи команди та отримуючи відповіді за частки секунди.

Для нас методично важливо чітке розмежування того, що робить виконавець, а що - ЕОМ, тому в наведеному прикладі не розглядається можливість інтеграції ЕОМ прямо з Роботом, оскільки це буде зовсім інший виконавець і для нього потрібно писати зовсім інші алгоритми.

Але повернемося до завдання запису учнем першого у житті алгоритму. При цьому доводиться роздвоювати увагу: по-перше, потрібно використовувати лише допустимі правила запису, а по-друге, потрібно дбати про те, щоб алгоритм другого етапу виконувався правильно. Пом'якшити ці проблеми може допомогти пульт.

Після запуску "КуМіру" на екрані з'являється головне вікно системи, яке розбите на дві основні області: робочу область (вгорі) та область введення-виводу (внизу).

У робочій області розташовується основна програма - програма, з якою зараз працює система “КуМир”. При цьому робоча область також поділяється на дві частини: область програми (ліворуч) та область рядкових повідомлень (праворуч). Область рядкових повідомлень аналогічна "полям" в учнівських зошитах. У цю область під час підготовки програми виводяться повідомлення про помилки, знайдених у кожному рядку, а під час виконання - відомості про значення змінних, присвоєних у рядку.

Робота користувача в системі “КуМир” полягає у:

Підготовка програми до виконання (редагування, завантаження/збереження програми, налаштування параметрів системи тощо);

Виконання програми (у звичайному або налагоджувальному режимі);

Перегляд (аналіз) результатів роботи програми (остаточних або проміжних).

Залежно від виконуваної дії система "КуМір" знаходиться в одному з чотирьох можливих станів:

Редагування

ВИКОНАННЯ

АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ (або просто АНАЛІЗ)

Стан системи накладає природні обмеження можливість виконання різних дій. Наприклад, під час виконання програми не можна змінювати текст.

Сенс двох перших станів ясний з їхньої назви. У стан АНАЛІЗ система переходить після закінчення виконання програми (нормального чи аварійного). У цьому стані користувачеві доступні всі робочі повідомлення програми – для перегляду та аналізу. Будь-яка дія зі зміни тексту програми скидає ці робочі повідомлення та переводить систему в стан редагування.

У стан ПАУЗА система переходить у разі зупинки під час виконання (при виклику вбудованої функції ПАУЗА або після чергового кроку під час виконання програми кроками).

В інформаційному вікні пульта прокручуються команди, що виконуються Роботом. Звичайно, зараз ми ще нічого не знаємо про мову ЕОМ, однак ми досить знаємо про команди Робота і можемо припустити, що ЕОМ може їх зрозуміти та керувати Роботом. Розглянемо перший варіант, без зворотного зв'язку, коли учень бачить поле Робота та має провести його нижче перешкоди. Це завдання легко вирішувалося за допомогою пульта, і, головне, результат її вирішення - необхідна послідовність команд виявився запам'ятаним у вікні пульта. Давайте використовуємо це при складанні програми для ЕОМ. Запустимо систему "КуМир". І просто перепишемо всі команди, які ми натискали на пульті Робота (вони видно у вікні на пульті), у вікно системи “КуМир” між дужками “нач” та “кін”. Звернемо увагу, що “КуМир” позитивно реагує на наші записи, забарвлюючи у синій колір уведені нами команди. На полях при цьому немає жодних повідомлень. Це означає, що команди Робота знайомі ЕОМ та допустимі в алгоритмі.

Щоб перевірити складений алгоритм, натисніть кнопку виконати, і – про жах! - Рядок "вліво" підсвічується червоним кольором і виконання програми переривається. Напевно, ми щось зробили неправильно. Справді, людині властиво помилятися, і під час переписування команд з екрану Робота ми пропустили рядок “вниз”, і під час виконання програми Робот уперся у стіну. Коли у школяра в руках був пульт Робота, то при отриманні команди, яку в даній обстановці не можна виконати (зліва від Робота стіна, а команда "ліворуч"), на екрані пульта повідомлялося про виникнення виняткової ситуації - "відмова". Робот не виконав отриману команду, але, на наше щастя, виявився цілком інтелектуальним і не зламався. Іноді багато сучасних електронних приладів роблять так само, при вставленні батарейок у неправильній полярності (мінус до плюсу) такий прилад не згорає. Про нашу помилку ми можемо судити лише тому, що прилад не ввімкнувся. Робот повідав нам про те, що команда не може бути виконана. Загалом у “КуМірі” програма зупиняється в момент неможливості виконання будь-якої команди, повідомляючи про причину зупинки. У цей момент школяр може проаналізувати причину неприємності, скоригувати програму та спробувати її виконати ще раз. Так робимо і ми. Додамо рядок "вниз" перед останнім рядком і ще раз звіримо текст програми в "КуМірі" і те, що було записано нами на екрані пульта Робота при покроковому виконанні (якщо ми попередньо запротоколували роботу, акуратно переписавши всі натискані на пульті команди при безпосередньому керуванні Роботом ).

Ця модифікована програма працюватиме правильно. При виконанні її в покроковому режимі ми побачимо на екрані, що Робот проробить ті ж кроки, що й під час керування з пульта. Отримана програма дуже проста (належить до так званих “лінійних програм”), тобто не містить жодних команд-питань, не запитує від Робота інформацію та не “підлагоджується” до обстановки, в якій знаходиться Робот. Тепер ми готові до подальших звершень та отримання нового досвіду у складанні лінійних програм. Наприклад, ми можемо, використовуючи команду “зафарбувати”, запрограмувати “Работа” намалювати номер будинку, в якому ми живемо. Ті, кому пощастило, малюватимуть номер будинку з однієї цифри, а невдачливим доведеться присвятити деякий час малюванню двох чи трьох цифр. Дуже важливо, що на початковому етапі учень домагається маленьких перемог у програмуванні, а не витрачає багато часу на вивчення багатосторінкового введення в систему програмування. Для управління системою "КуМир" йому знадобиться лише пара клавіш - команда "виконати безперервно" і виконати "крок".

Чи потрібно витрачати дорогоцінний час школяра на тривіальні лінійні програми? Відповідь - безумовно, потрібно, бо при цьому в комфортних умовах освоюється методика налагодження: складаємо програму, виконуємо, виявляємо проблеми, коригуємо програму - і так, поки не буде отримано правильний результат.

Зауважимо також, що освоєння способів налагодження на лінійних програмах зручно для вчителя. Будь-який учень, якому надано достатньо часу, впорається з налагодженням програми “зафарбовування” на полі Робота двозначного числа. У складніших завдання кількість учнів, яким потрібна допомога вчителя, може вийти за розумні межі.

Основна структурна одиниця мови "КуМир" - алгоритм. Програма мовою “КуМир” у разі може складатися з кількох алгоритмів, наступних одне одним. Перед першим алгоритмом може розташовуватися вступ - будь-яка послідовність команд, що не гілкується. Після останнього алгоритму можуть розташовуватись описи виконавців.

Алгоритми у програмі можуть бути розділені лише порожніми рядками та рядками з коментарями.

Ось схема найпростішої програми без вступу та виконавців:

алг перший алгоритм

Виконання такої програми полягає у виконанні першого алгоритму.

У загальному вигляді алгоритм мовою “КуМир” записується так:

алг тип_алгоритма ім'я_алгоритма (опис_параметрів)

| дано умову_застосовності_алгоритму

| треба мета_виконання_алгоритму

· Послідовність команд

На полі Робота немає всієї інформації про обстановку: кожна клітина поля має свою температуру і рівень радіації, які не зображуються. У відповідь на команди, зазначені службовим словом речей(Речовий), Робот і повідомляє цю "невидиму" інформацію про клітину, в якій він стоїть: числове значення температури (у градусах Цельсія від -273 до +233) або рівень радіації в негативних умовних одиницях.

Поле Робота теоретично нескінченно, на практиці ми матимемо справу лише з такими полями, в яких Робот, усі стіни та всі зафарбовані клітини розташовані всередині невеликого прямокутника, обгородженого стінами.

Звичайно, Робот складніший, ніж здається з першого погляду, у нього більше команд, і за їх допомогою можна вирішувати багато цікавих завдань. Але вивчення найпростіших алгоритмів зручно починати саме з нього, адже за його простоти можна розвивати вміння записувати алгоритм у загальному вигляді, передбачати результат його роботи, дивлячись на текст алгоритму, що є важливим компонентом алгоритмічної культури.

Вправи

1. Намалюйте обстановку Робота, розмістіть її десь на полі та складіть два алгоритми обходу Роботом перешкоди зліва та зверху за допомогою безпосереднього керування з пульта.

2. Змініть обстановку та проведіть Робота за перешкоду за допомогою пульта, коли поле Робота не видно.

3. Модифікуйте виконавця Робот. Нехай стіни можуть бути різної висоти – низькі та високі (наприклад, високі – межі поля). Додайте команду "стриб", за якою Робот застрибує на низькі перешкоди або зістрибує з них. Придумайте нову ситуацію Робота з такими низькими перешкодами. Керуючи Роботом з пульта, складіть алгоритм переміщення Робота з перестрибуванням перешкоди ліворуч.

4. Додайте Роботу команди “справа/ліворуч/знизу/зверху низька перешкода”. Проведіть робота за перешкоду, коли поле робота не видно. Придумайте найвдалішу назву цих команд.

5. З якими труднощами ви зіткнулися під час виконання завдання п. 4 (опишіть їх, формалізуйте собі)?

6. Завантажте систему “КуМир” із сайту www.infomir.ruта виконайте вправи 1–2 у системі “КуМир”.

7. Напишіть програму у системі “КуМир” для п. 1.

Далі за текстом у виділених прямокутниках ми будемо докладно (більш-менш формально) описувати використовувані виконавці та порядок роботи з ними. Кушніренко О.Г., Лебедєв Г.В. 12 лекцій про те, для чого потрібен шкільний курс інформатики та як його викладати. // Методичний посібник. М.: Лабораторія базових знань, 2000. Для спрощення надалі ми не будемо пускатися в довгі міркування про те, що таке універсальний виконавець, і скрізь, не обмежуючи спільності, як виконавець використовуватимемо ЕОМ.

Для вступного курсу з використанням виконавців використовується Кумир із «Модулем підтримки курсів» - МПК, розробленим Д.П.Кірієнком, м.Москва. Підтримка МПК включена у стабільні версії системи Кумир лише з версії 1.8.0. Версії Кумир до 1.8.0 не мають можливості підтримки курсів.

Для системи Windows – встановити версію 1.8.0 системи Кумир із сайту розробників. Посилання: http://lpm.org.ru/kumir2/files/1.8.0/kumir-1.8.0.rev2565-windows-32bit-setup.exe
Версії Кумир до 1.8.0 не містять «модуля підтримки курсів», тому потрібна саме версія 1.8.0.

Запуск МПК

Для відкриття вікна МПК використовується меню системи Кумир "Інструменти" - "Практикум".

Архів завдань для виконавця Робот

Завдання на виконавця Робот (0-16) виконуються з використанням МПК. Необхідно завантажити архів із завданнями, відкрити з МПК файл vodoley.kurs.xmlабо robot.kurs.xml. Цей XML-файл містить описи завдань, умови задач, посилання на шаблони алгоритмів, приклади стартових обстановок для перевірки, що перевіряють алгоритми.

Учень повинен зберегти курс у себе в робочому каталозі у файлі з ім'ям, наприклад, ivanov.work.xml. У цьому файлі зберігаються тексти рішень, створених школярем, результати його завдань. Згодом учень повинен відкривати саме свій робочий файл *.work.xml.

На прикладах стартових обстановок буквою “A” позначено клітину, де робот перебуває до виконання алгоритму, буквою “B” позначено клітину, у якій необхідно перемістити робота, зірочками у нижньому правому куті позначені клітини, які робот повинен зафарбувати.

Інструкція з виконання завдань

Для виконання завдань будинку учнями та перенесення виконаних завдань до школи є

Категорії

Популярне