XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание задачника по программированию, ориентированного на программу по математике 7-9 классов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Межпредметные связи в обучении являются конкретным выражением интеграционных процессов, происходящих сегодня в науке и жизни общества. Эти связи играют важную роль в повышении практической и научно-теоретической подготовки учащихся, существенной особенностью которой является овладение ими обобщенным характером познавательной деятельности.
В жизни мы часто встречаемся с проблемами и задачами, которые нужно уметь решать. И учимся мы это делать с самого детства. По мере взросления растут и наши задачи как в жизни, так и в школе. В наше время в школьной программе есть множество интересных, важных и занимательных предметов. Каждый день мы ходим в школу и изучаем ту или иную тему того или иного предмета. К примеру, на физике мы можем проходить раздел «Ядерная физика», на литературе – творчество А. С. Пушкина, а на биологии - эволюцию человека. Во всех предметах есть свои темы, направления или разделы и каждый выбирает то, что ему по душе. Так и в информатике есть программирование. Сейчас в мире существует множество различных «языков», на которых можно программировать. Все они по-своему хороши, у каждого есть свои плюсы и минусы, такие как: скорость обработки данных, простота изучения, популярность, «новизна» и т.д. Ученик сам может выбрать какой язык программирования он хочет и будет изучать. В будущем можно будет стать высококвалифицированным специалистом в IT сфере, коих сейчас происходит большая нехватка, и конечно же иметь хорошую зарплату, чтобы обеспечивать себя и близких. Довольно неплохой вариант. Но начинать нужно с малого.
Современные учебники и задачники по информатике не подходят для детей в школе которые хотят изучать программирование. Задачи в таких учебниках не адаптированы под программу математики.
Исходя из вышеизложенного нами были определены следующие параметры работы.
Цель работы: разработать оптимальный задачник по языку программирования Python опирающийся на программу математики для 7-9 классов.
Задачи:
-
Рассмотреть все существующие языки программирования.
-
Выбрать самый оптимальный язык программирования.
-
На основе собранной информации создать свой вариант задачника.
Гипотеза: возможно ли создать задачник по программированию для учеников, который был бы современным, интересным и адаптированным под программу математики.
Ι. Теоретический раздел
1.1. Что такое задачник
Задачник – это книга, содержащая набор вопросов и задач, которые учащиеся должны решить. Он предназначен для того, чтобы помочь ученикам практиковаться и развивать свои навыки решения проблем. Сборники задач используются во многих школьных программах, потому что они могут помочь учащимся научиться критически мыслить, выявлять закономерности и разрабатывать творческие решения проблем. Учащиеся могут использовать задачи из сборника задач, чтобы попрактиковаться в решении задач и улучшить свои навыки решения задач. Книги с задачами также можно использовать для подготовки учащихся к контрольным работам и экзаменам или в качестве дополнения к существующей работе в классе. Сборники задач можно использовать в различных дисциплинах, таких как математика, естествознание, инженерия, информатика и т.д. Они могут помочь учащимся научиться применять свои знания в новых условиях.
Плюсы задачников:
• Он обеспечивает всесторонний обзор проблемы и ее различных аспектов.
• Он может обеспечить удобную структуру для решения проблем.
• Это может помочь определить потенциальные решения и непредвиденные последствия.
• Это может помочь определить ключевые заинтересованные стороны и их интересы.
Минусы задачников:
• Использование может занять много времени.
• Может быть трудно определить наиболее важные факторы.
• Использование в сложных задачах может стать непосильным.
• Может быть недостаточно подробностей для точной оценки проблемы.
1.2. Какие языки программирования существуют на данный момент
Развитие техники дало толчок появлению новой отрасли прикладной математики - программированию. Первые программы записывались вручную на перфокартах. Коды проставлялись на них при помощи проколов в определенных местах. В записи использовались “ноли” и “единицы”, так как машины других обозначений тогда не понимали. Составление программы таким образом - процесс трудоемкий. Перфокарт с командами для одной задачи требовалось множество. К тому же, программист был обязан знать всю бинарную таблицу кодов. Для упрощения задач в 50-х годахпрошлого века человечество принялось разрабатывать специальные языки. Один из первых — Ассемблер. С его появлением программисту уже не нужно было знать кучу двоичных кодов. Теперь было достаточно запомнить символичныетермины, что оказалось гораздо проще. Фортран- еще один язык, появившийся в то время. Он с успехом применяется в современной среде разработок, относясь к высокоуровневым языкам. Используется в основном для научных вычислений.
По ходу расширения задач, выполняемых компьютерами, стали появляться более узконаправленные языки: для работы с текстами, графикой, экономическими документами и т.д. Так, с появлением и развитием интернета ЭВМ перестали быть машинами только для обработки и хранения информации. Необходимость объединения компьютеров в сети и предоставления людям удаленного доступа к ресурсам стала толчком к созданию новых кодов.
Паскаль - еще один известный высокоуровневый язык. Он появился в рамках конкурса 1968года. Разработчик - Н. Вирт. Победителем он не стал, зато язык известен многим и до сих пор находит применение. Изначально он был задуман специально для обучения студентов. Творение Вирта объединяло множество мощных и эффективных методов обработки информации. Как ни странно, победитель конкурса - языкАлгол-68не получил дальнейшего развития и популярности. Паскаль же напротив развивался и применялся для выполнения многих задач. Еще один из высших языков, применяемых для обучения - Бейсик.
Наравне с языками разрабатывались специальные программы для перевода команд в двоичный код, понятный машине. Дальнейшее развитие программирования становилось все стремительнее и разнообразнее. Оказалось, практически невозможным создание единого универсального языка: только специально разработанный метод для реализации определенных типовых действий позволяет достичь наилучших результатов.
Бурное развитие IT-технологий ставит все новые задачи. Наравне с классическим программированием применяется модульное - с использованием в работе парадигм. За короткий период, от появления первых языков до настоящего времени, разработано очень много методов взаимодействия с компьютерами.
На данный момент существует множество языков программирования и каждые из них для чего-то предназначены, вот несколько примеров из них:
HTML
HTML – язык разметки. Он подойдет тем, кто хочет написать собственный сайт или интернет-магазин.
На HTML можно:
-
проводить форматирование текста;
-
редактировать блоки информации;
-
работать с имеющимися таблицами;
-
вставлять разнообразные объекты (мультимедиа в том числе);
-
работать с гиперссылками.
Python
Разобравшись, что собой представляет логическое программирование и другие концепции создания ПО, стоит обратить внимание на Питон. Данный язык программирования в последние 5-8 лет стал набирать стремительную популярность.
Он относится к языкам программирования общего назначения. Предусматривает концепции ООП в своем составе. Прост в изучении и функционален. Обладает хорошей поддержкой и финансированием.
На Python программист сможет создавать небольшие и средние проекты. А вот для полноценной крупномасштабной игры его придется использовать в связке с другим языком программирования.
JavaScript
Язык программирования, который подходит web-программистам. Базируется на скриптах, которые хорошо совместимы со всеми популярными интернет-обозревателями. Включает в себя огромное количество функций и инструментов.
При помощи JS можно создать:
-
плагин;
-
виджет;
-
серверные утилиты;
-
офисные приложения;
-
прикладное ПО.
Существенный недостаток – это относительно низкий уровень безопасности кода.
C++
Один из самых старых и актуальных языков. На C++ пишут практически все существующие приложения. Это язык программирования универсального характера. Он помогает при создании не только игр, но и сложных бизнес-решений, веб-сайтов, служб для операционных систем.
Программист, свободно владеющий C++, сможет с легкостью найти себе место работы. Он демонстрирует профессионализм в сфере разработки ПО на высшем уровне.
К особенностям C++ относят:
-
универсальность;
-
трудности изучения – новичку разобраться с программным кодом достаточно тяжело;
-
сложность синтаксиса;
-
огромный исходный код.
C++ — то, что рано или поздно должен освоить каждый грамотный разработчик.
1.3. Почему я решил взять язык программирования Python
Почему Python?
-
Простота изучения и использования: Python имеет относительно простой и понятный синтаксис, что упрощает его изучение и использование. Эта простота позволяет новичкам быстро освоить язык, а опытным разработчикам – быстро стать продуктивными.
-
Гибкость: Python – очень гибкий язык, который можно использовать для широкого круга задач, от веб-разработки до разработки программного обеспечения, обработки данных и машинного обучения.
-
Обширные библиотеки и инструменты: Python имеет огромную коллекцию библиотек и инструментов, которые упрощают и ускоряют разработку. Сюда входят библиотеки для научных вычислений, веб-разработки, анализа данных, графических интерфейсов и многого другого.
-
Масштабируемость. Python можно использовать для создания крупномасштабных приложений. Его масштабируемость делает его подходящим для приложений с большими пользовательскими базами и сложными структурами данных.
-
Открытый исходный код: Python – это язык программирования с открытым исходным кодом, что означает, что его можно использовать и модифицировать бесплатно. Это облегчает разработчикам совместную работу и совместное использование кода.
По сравнению с другими языками программирования, Python имеет относительно простой синтаксис, что делает его очень простым для чтения и понимания даже для тех, у кого нет опыта программирования. Кроме того, Python чрезвычайно универсален, что позволяет использовать его в самых разных приложениях, от веб-разработки до науки о данных. В результате изучение Python дает вам отличную основу для программирования и широкий спектр возможностей для изучения. Python очень удобен и прост в использовании. Он разработан с акцентом на удобочитаемость кода, что упрощает его изучение и использование.
Сам Python – один из самых молодых языков программирования. Он был создан в конце 1980-х годов сотрудником голландского национального института математики и информатики GWI Гвидо ван Россумом (Guido van Rossum) который предложил идею создания нового языка программирования. В то время Гвидо участвовал в разработке учебного языка ABC, как базы для изучения программирования. Проект ABC в итоге не увенчался успехом и Гвидо перешел к программированию в другие проекты, где ключевой темой была операционная система Amoeba (объединяющая компьютеры в сети и дающая пользователям иллюзию взаимодействия с единой системой). С самого начала язык проектировался как объектно-ориентированный. Гвидо ван Россум назвал язык в честь популярного британского комедийного телешоу 1970-х «Monty Python’s Flying Circus», поскольку автор был поклонником этого телешоу, как и многие другие разработчики того времени, а в самом шоу прослеживалась некая параллель с миром компьютерной техники. В феврале 1991 года Гвидо опубликовал в группе новостей исходный текст Python версии 0.9.0. В этом начальном релизе были модули, заимствованные из Modula-3. Ван Россум описывал модуль как «один из главных элементов в программировании на Python».
Python 1.0 появился в январе 1994 года. Последней версией, выпущенной Ван Россумом во время работы в центре математики и информатики (CWI), был Python 1.2.
С 1995 года Гвидо Ван Россум продолжил работу над Python-ом в корпорации национальных исследовательских инициатив (CNRI) в городе Рестон, штат Вирджиния, где было выпущено несколько версий языка. С тех пор Python стал очень популярен среди разработчиков, которых привлекает его чистый синтаксис и репутация продуктивности.
Появившись сравнительно поздно, Python создавался под влиянием множества языков программирования. Так, например, влияние оказали такие языки, как:
-
ABC: отступы для группировки операторов, высокоуровневые структуры данных;
-
Modula-3: пакеты, модули;
-
С, C++: некоторые синтаксические конструкции;
-
Smalltalk: ООП;
-
Java: обработка исключений и др.
Таким образом получается что Python — это самый оптимальный вариант для начала изучения программирования, так как в нем множество функций взято, или собрано, из других яыков.
И как говорилось выше, Python один из самых популярных и самых лёгких языков программирования. В отличие от Paskal (ещё один из языков программирования), представленного в школьной программе наших учебников, Python более оптимизированный и практичный. По моему мнению, с него будет идеальным решение начать изучать программирование.
ΙΙ. Практический раздел
-
-
Идея создания задачника
-
Создание сборника задач по программированию, ориентированного на математическую программу для 7–9 классов – отличный способ заинтересовать учащихся изучением математики с помощью программирования. Книга должна предоставить учащимся пошаговые инструкции и примеры для решения математических задач с использованием языка программирования по их выбору. Он должен быть разработан таким образом, чтобы предлагать сложные, но достижимые решения проблем, которые являются общими для учащихся средних и старших классов. Книга задач также может включать несколько задач по кодированию разной сложности. Эти задачи дадут возможность попрактиковаться в методах и алгоритмах, которые вы изучили. Задачи должны быть организованы по темам и уровням сложности, чтобы вы могли начать с простых задач и продвигаться вверх по мере улучшения ваших навыков. Сборники задач – отличный способ научиться программировать на Python. С правильным сборником задач дети могут стать лучшими программистами и вывести свои навыки на новый уровень.
Сборники задач – бесценный ресурс для решения задач программирования и написания кода на Python. С помощью сборника задач вы можете изучать и практиковать программирование на Python организованным и методичным образом. Сборник задач может дать рекомендации по фундаментальным понятиям и сложным темам, помогая вам стать лучшим программистом на Python. Книга может быть адаптирована к индивидуальным потребностям и уровню навыков. Сборники задач начального уровня охватывают основы Python, такие как типы и структуры данных, циклы, функции и классы. Сборники задач среднего и продвинутого уровня могут быть посвящены веб-программированию, базам данных, научным вычислениям, искусственному интеллекту или разработке игр.
-
-
Реализация идеи
-
Приступив к реализации своей идеи, я собрал все доступные мне задачники по Python и Pascal (важно отметить, что Pascal является таким же простым языком, как и Python, но более устаревшим, поэтому с него легко перевести задачи на нужный мне язык программирования). Далее я проанализировал темы по математики за три класса и определился с основными разделами задачника: линейный, условный и циклический алгоритмы для каждого класса; к 9 классу ещё добавляются массивы.
Определившись с темами, я преступил к разбору задач, которые были у меня на руках. Я отбирал определённые, нужные мне типы упражнений, основываясь на тех темах, которые я выбрал. Некоторые задачки пришлось сильно переформулировать, а некоторые изменить вообще. После отбора, я расформировал задачи по классам. Когда документ был готов, я начал оформлять сайт и переносить туда задачи и прочий текст. На выходе я получил стильный и минималистичный сайт с задачами по информатике (см. Приложение 1).
Заключение
В заключение хочется сказать, что создание сборника задач по информатике для 7-9 классов является важной и, самое главное, реализуемой инициативой, которая поможет повысить интерес учащихся к информатике и развить их навыки решения задач. Книга будет включать множество увлекательных и сложных задач, которые охватывают различные темы математики.
Предоставляя учащимся набор хороших задач, книга поможет развить их критическое мышление и аналитические навыки, а также познакомит их с захватывающим миром компьютерных наук. Книга будет разработана таким образом, чтобы она была доступной и увлекательной, с четкими примерами и задачами, которые помогут учащимся понять и применить изучаемые концепции.
Кроме того, книга послужит ценным ресурсом для учителей, предоставляя им исчерпывающий набор задач, которые они могут использовать в дополнение к своим занятиям в классе. Задачи будут приведены в соответствие с учебным планом и стандартами для 7, 8 и 9 классов, что обеспечит их актуальность и полезность как для учителей, так и для учащихся.
В целом, создание сборника задач по информатике для 7, 8 и 9 классов – стоящее дело, которое поможет популяризировать образование в области информатики и вдохновит следующее поколение ученых-компьютерщиков. При тщательном планировании и оформлении книга может стать ценным ресурсом как для студентов, так и для преподавателей, способствуя постоянным усилиям по продвижению образования STEM и подготовке студентов к вызовам 21 века.
Список используемой литературы
-
История языка программирования Python — Википедия (wikipedia.org) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA%D0%B0_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F_Python
-
История языка программирования Python | InterestPrograms.RU https://www.interestprograms.ru/article-python-istoriya-sozdaniya-yazyka-programmirovaniya?ysclid=lf1ium8k54766679980
-
Какие бывают языки программирования и зачем они нужны | X5 Group | Дзен (dzen.ru) https://dzen.ru/a/X2szsmLzDUbxITQ-
Приложение 1
Ссылка на авторский сайт задачника по информатике на языке Python (автор Горячев Владимир):
https://sites.google.com/view/zadachnikpro