Схема непосредственного управления

Алгоритмическое мышление и его составляющие.

Существуют разные стили мышления. Математика и логика развивают математический или логический стиль мышления, то есть умение рационально рассуждать, пользоваться математическими формулами в рассуждениях, умение из одних утверждений логически выводить другие (теоремы из аксиом и уже известных теорем).

Если существует алгоритмический стиль мышления человека, то его развитие представляет самостоятельную ценность, так же как и развитие мышления человека вообще. Мы должны развивать все стороны мышления, какие только сможем выделить. И если в какой-либо области выделить какой-то характерный стиль мышления (умение думать) человека, то развитие этой черты мышления должно объявляться самоцелью, как необходимый элемент общей культуры, и внедряться в образование.

Одна из целей курса информатики – развивать алгоритмический стиль мышления.

Что же такое «алгоритмический стиль мышления»?

Пусть у нас имеется вертикальная металлическая клетчатая стена с выступающим прямоугольником «препятствием», а на стене – несколько выше препятствия – в одной из клеток находится Робот. Робот – это машинка с антенной, батарейками, моторами, магнитными присосками и т.п. И пусть у нас имеется пульт радиоуправления с кнопками.

Рис.1

Нажимаем на кнопку «è» - Робот перемещается на клетку вправо, нажимаем на кнопку «ç» - смещается влево, на «é» - вверх, на «ê» - вниз.

Простейшую задачу управления без каких-либо затруднений решает каждый школьник.

Если такую машинку – радиоуправляемого Робота – перенести в класс, прикрепить к клетчатой доске и дать ученику пульт управления, то любой ученик в состоянии, глядя на Робота, понажимать на кнопки так, чтобы Робот спустился вниз под препятствие, объехав его. Даже ребенок, начиная с 5-7 лет, в состоянии это проделать.

Этот стиль взаимодействия с электронными устройствами называется «непосредственным управлением»: я нажимаю кнопку, смотрю на результат. Нажимаю на другую кнопку, смотрю, что получилось, принимаю решение, какую нажать следующую кнопку и.д., - т.е. принимаю решения по ходу управления. Такой стиль выполнения каких-то задач называется «непосредственным управлением»:

Схема непосредственного управления

Рис.2

На уроке пока у нас нет Робота в «металле», учитель может играть его роль, — рисуя Робота и клетчатое поле на доске. Удобно также использовать магнитные доски — на них легко перемещать Робота и не надо постоянно стирать и рисовать его положение.

Теперь немного усложним задачу. Будем считать, что Робот — в соседней комнате или вообще далеко от нас (т. е. мы его не видим), а у нас на пульте есть специальные кнопки: «? ç», «? è», «? é», «? ê» и лампочка. Нажимаем на кнопку «? ê» — Робот анализирует, можно ли сделать шаг вниз, и, если вниз шаг сделать можно, то лампочка на пульте загорается зеленым цветом (если нельзя, — то красным). Итак, нажали на кнопку «? ê», если зажегся зеленый свет, значит снизу свободно, а если красный, значит снизу — препятствие.

Наша задача: не видя ничего, кроме пульта управления, заставить Робота спуститься под препятствие (расстояние от начального положения Робота до препятствия неизвестно). Происходит незначительное усложнение: мы не видим обстановки, мы должны себе ее воображать и принимать решение по миганиям лампочки. Но, хотя и подумав, уже не так мгновенно, как в первом случае, и возможно не с первой попытки, но практически все ученики такую задачу решат.

Как? Известно, что Робот стоит где-то выше препятствия, обстановку не видно, размеры препятствия неизвестны. Что надо делать? Надо шагать вниз, пока не дойдем до препятствия, т. е. при каждом шаге проверять (нажимая кнопку «? ê»), свободно ли еще снизу (зеленый свет) или уже препятствие (красный). Как только загорится красный свет (препятствие), надо начать шагать вправо, при каждом шаге проверяя (нажимая кнопку «? ê») не кончилось ли препятствие. Потом спускаться вниз, проверяя наличие препятствия слева (кнопка «? ç»). И, наконец, сделать один шаг влево, чтобы оказаться под препятствием. Такие последовательные нажатия на кнопки даже с анализом невидимой и неизвестной обстановки доступны любому школьнику.

На уроке учитель может нарисовать обстановку у себя на листке, никому не показывать и предложить ученикам командовать. В ответ на «снизу свободно» («? ê») лучше сразу отвечать «да» или «нет» вместо слов «зеленый» и «красный».

Другой вариант — вызвать одного ученика, поставить его спиной к доске, на доске нарисовать обстановку и Робота (чтоб видел весь класс, кроме вызванного ученика), и предложить вызванному ученику командовать, а самому, помощью мела и тряпки исполнять поступающие команды.

Если обход препятствия «втемную» кажется слишком сложным или длинным, то можно рассмотреть только первую часть задачи — «спуститься вниз до препятствия».

На этом же примере можно показать типичные ошибки. Если ученик начинает с команды «вниз», а не с вопроса «снизу свободно?», то в ответ на первую же команду учитель вместо «сделано» может ответить:

«отказ — Робот разбился» (и тем самым дать ученикам понять, что проверять обстановку надо перед перемещением, а не после).

После 2-3 попыток подавляющее большинство учеников с такой задачей справится. Это по-прежнему «непосредственное управление»: я нажимаю на кнопки, смотрю на ответ (лампочку), нажимаю на другие кнопки и т. д. Опыт преподавания показывает, что с такими задачами управления справляются практически все.

А вот если теперь школьника попросить: " Запиши как-нибудь всю последовательность нажатий на кнопки для обхода препятствия неизвестных размеров, находящегося где-то ниже Робота», то тут-то и выяснится, что значительная часть учеников:

а) прекрасно представляет себе, на какие кнопки и как надо нажимать, чтобы заставить Робота препятствие обойти, и

б) не в состоянии четко описать (записать) эту последовательность действий.

Нет ничего удивительного в том, что алгоритм легче выполнить, чем записать.

В ситуации, когда ученику приходится решать задачи «программного управления» — жизненный опыт у школьников не накоплен, потому она и оказывается трудной.

Записать или объяснить кому-нибудь алгоритм труднее, чем выполнить работу самому.