НАЧАЛКА №6

Газета-клуб для всех, кто учит информатике маленьких детей

В.А. Козлова,
г. Пермь

Потрогать информатику руками

Особенности информатики в начальной школе и предлагаемые решения

При изучении информатики и знакомстве с компьютерными информационными технологиями в начальной школе неизбежно возникают проблемы, обусловленные определенными возрастными особенностями детей 7–10 лет:

• недостаточным уровнем развития абстрактного мышления, потребностью в предметных формах деятельности (в частности, согласно теории Ж.Пиаже, ребенок в 7–8 лет находится на стадии “конкретных операций”, а на стадию “формальных операций” переходит только годам к 14);
• существенным преобладанием образно-визуального восприятия над другими способами получения информации, что усугубляется еще и слабыми навыками чтения-письма у большинства учащихся;
• разрывом между целостной картиной окружающего мира, воспринимаемой ребенком, и множеством принципиально различных компьютерных технологий для обработки информации разных видов.

Учитывая эти особенности, педагоги пермской компьютерной школы ЦИТО под руководством В.В. Аспидова пришли к выводу, что для эффективных занятий информатикой в начальной школе необходимо использовать среды, дающие возможность:

• совместить в едином компьютерном мире созданные ребенком информационные объекты разных видов: текстовые, графические, звуковые;
• использовать преимущественно образно-визуальные, а не текстовые средства для управления компьютерной средой и для программирования исполнителей;
• перенести абстрактные построения, выполненные с помощью компьютера, в предметный мир, объекты которого ребенок сможет буквально потрогать руками.

В результате педагогических экспериментов, проводимых преподавателями-энтузиастами в разных формах дополнительного образования, родился учебный курс “Школа компьютерных волшебников”, четыре года назад внедренный в учебный процесс компьютерной школы и до сих пор пользующийся спросом у учащихся начальной школы и их родителей. В рамках этого курса знакомство с понятиями информатики и освоение компьютерных информационных технологий строится на основе проектного творчества в мультимедийных средах Лого (ПервоЛого и ЛогоМиры) и программного конструирования для Лего-роботов в среде RoboLab.

Знакомство с устройством персонального компьютера дополняется проводимыми в курсе аналогиями с устройством Лего-роботов, которые оснащены собственным “системным блоком” — модулем RCX с процессором и памятью, а также специфическими устройствами ввода — датчиками, и вывода — моторами, лампочкой, звуковым устройством. В результате понятие “компьютер” приобретает у ребенка обобщающий характер, приходит понимание того, что компьютеры сейчас окружают нас в повседневной жизни, выполняя очень разные функции.

В ходе опытной эксплуатации учебного курса выяснилось, что изначально интуитивно отобранные для компьютерной поддержки курса средства не только позволяют избежать проблем, связанных с возрастными особенностями детей, но и очень удачно совпадают с возможностями исполнителей.

Далее будут представлены примеры двух учебных блоков курса — “Управление исполнителями” и “Использование датчиков” (материал будет опубликован в № 8/2006), — в которых проводятся аналогии между возможностями черепашек Лого и Лего-роботов. Именно эти аналогии и позволяют ребенку буквально “потрогать руками” абстрактные понятия информатики, воплощенные в поведении материального объекта (команда, система команд исполнителя, алгоритм и виды алгоритмов, программа для исполнителя).

Рис. 1. Возможности исполнителей

Компьютерные среды Лого и RoboLab

Начальное знакомство с азами обработки информации разных видов дети проходят в ОС Windows 9Х/2000/XP, на примере использования стандартных программ Блокнот, WordPad, Paint и Калькулятор. Приобретаемые при этом навыки не становятся самоцелью, поскольку очень скоро они применяются для эффективной творческой работы в средах Лого.

ПервоЛого [1] — предназначенная для применения в дошкольном и начальном школьном образовании интегрированная творческая среда, мощный инструмент для создания собственных проектов, в том числе мультимедийных презентаций на любую тему.

Среда ПервоЛого включает в себя:

• графический редактор;
• музыкальный редактор;
• до сотни черепашек-исполнителей, программирование поведения которых осуществляется визуальными средствами и может быть выполнено даже не читающими еще детьми;
• коллекцию форм для черепашек, среди которых есть и формы, рассчитанные на анимацию объекта;
• коллекцию мультимедиа: звуков и видеофрагментов;
• встроенную гипертекстовую справочную систему.

Запуская ПервоЛого, ребенок открывает компьютерный альбом, в котором может рисовать картинки, создавать музыку и мультфильмы, обучать исполнителей-черепашек. Программа управляется с помощью простого графического меню из понятных пиктограмм, поэтому с ней могут вполне успешно работать и не читающие дети. Средствами среды осуществляется интеграция отдельных объектов в единый мультимедийный проект и превращение его в web-сайт, пригодный для размещения в Интернете. Установив так называемый “web-плеер” — “плагин” к браузеру, любой желающий сможет получить по сети и увидеть проект ребенка в действии.

ЛогоМиры [1–3] — интегрированная творческая среда, предоставляющая все те возможности, что и ПервоЛого. Она имеет несколько отличный интерфейс, позволяет создавать более сложные мультимедийные проекты, в первую очередь за счет программирования поведения исполнителей-черепашек на формальном объектно-ориентированном языке, представляющем собой русифицированную версию языка ЛОГО.

С сайта ИНТ [1] можно скачать демо-версии ПервоЛого 2.0 и ЛогоМиров 2.0, 3.0.

Ребенку, “выросшему” из ПервоЛого, не составит труда перейти к ЛогоМирам. Более того, ребенок сможет открыть в ЛогоМирах проект, созданный в ПервоЛого, и продолжить над ним работу.

Последняя версия программы, ЛогоМиры 3.0, содержит большое количество инструментов для отладки программ. Кроме того, в ней по-новому организована работа с черепашками: теперь каждая черепашка может жить “отдельной жизнью” — ее можно послать по электронной почте другу или “поселить” в другой проект вместе со всеми ее свойствами и умениями, приобретенными в прежнем проекте.

Среда программирования RoboLab фирмы LEGO Dacta [4–5] позволяет визуальными средствами конструировать программы для Лего-роботов.

RoboLab поставляется ИНТом вместе с LEGO-конструктором ПервоРобот, в состав которого входит программируемый блок LEGO — микрокомпьютер RCX. Из блоков конструктора на основе RCX собирается модель, оснащенная моторами и сенсорами — датчиками обратной связи. В компьютерной среде RoboLab для созданной модели-робота конструируется программа, которая передается в блок RCX через инфракрасный порт. После чего компьютер RCX позволяет модели функционировать независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа.

Используя конструктор ПервоРобот, можно [6–7]:

• на уроках технологии развивать у учащихся конструкторские способности, за счет создания на основе блока RCX различных моделей роботов;
• на уроках информатики знакомить учащихся с основами алгоритмизации и программирования, обучая планировать поведение робота, конструировать программы для робота в компьютерной среде RoboLab и тестировать поведение робота, работающего по программе, переданной в блок RCX через инфракрасный порт.

Конструирование роботов остается за рамками курса информатики для 2–5-х классов “Школа компьютерных волшебников”. На наших занятиях дети только программируют различное поведение уже собранных роботов, оснащенных двумя моторами и датчиками касания и освещенности. Это позволяет концентрировать внимание учащихся на проблемах обработки информации программируемыми исполнителями, решаемых в информатике.

1. Как обучить Черепашку?

Черепашки в ПервоЛого — исполнители, которые имеют свою систему команд. Обычно СКИ черепашек представлена в графическом виде и видна на экране в режиме работы с черепашками (при нажатой кнопке на панели инструментов Лого).

Рис. 2. Система команд черепашки, основные команды

На кнопочках на рис. 2 показаны команды черепашки. Перечислим их (слева направо и сверху вниз).

• Стань больше — черепашка увеличивается в размере.
• Стань меньше — черепашка уменьшается в размере.
• Штамп — штампует черепашку на листе.
• Сотри рисунок — стирает фон на листе альбома. Будь осторожен!
• Исходная форма — черепашка надевает исходную, черепашью, форму.
• Выключи все — полностью останавливает все действия в альбоме.
• Иди — черепашка перемещается вперед (куда смотрит ее голова) на расстояние, задаваемое длиной шага.
• Повернись — черепашка поворачивается на заданный угол. Новорожденная черепашка смотрит вверх.
• Пауза — черепашка приостанавливается на заданное время.
• Опусти перо — после такой команды черепашка будет при движении оставлять за собой след-линию заданного цвета и толщины. У новорожденной черепашки перо поднято.
• Подними перо — после такой команды черепашка не будет оставлять за собой след-линию.
• Измени перо — изменяет цвет и толщину пера черепашки.

Все настройки черепашки выполняются в диалоговых окнах, которые появляются при щелчке по соответствующей команде.

Рис. 3. Пример диалогового окна для команды “Пауза”

Рис. 4. Примеры диалоговых окон для команд “Повернись” и “Иди”

Черепашку можно научить и новым командам, объяснив ей по шагам, что она для этого должна сделать, то есть записав алгоритм выполнения новой команды. Этот алгоритм можно представить как в графическом, так и в текстовом виде.

Запись алгоритма новой команды в графическом виде

Для записи алгоритма новой команды в графическом виде используется окно Цепочка.

Рис. 5. Окно “Цепочка” для записи инструкции

Если последовательно выбирать команды черепашки, они будут появляться в окне для записи команд. Щелкнув по кнопке переключения в текстовый режим, можно тот же алгоритм записать в текстовом виде. Пиктограмма созданной команды появляется в окне команд.

Программирование черепашки

Кроме выполнения отдельных команд, черепашка может быть обучена и выполнению программ, составленных как из стандартных команд, входящих в ее СКИ, так и из вновь созданных команд.

Для записи программ используется окно программирования черепашки.

Рис. 6. Окно программирования черепашки

2. Устройство Лего-робота

Рис. 7. Устройство Лего-робота

Программируемый Лего-робот конструируется на основе управляющего блока RCX, в котором находится микрокомпьютер, имеющий микропроцессор и память.

К блоку RCX подключаются “органы чувств” роботов — датчики.

Для передвижения роботы используют два мотора.

Хранение информации

Информация для Лего-роботов записывается в микросхему памяти, которая находится в блоке RCX и может хранить до 5 программ.

Рис. 8. ЛЕГО-микрокомпьютер RCX

Обработка информации роботами

Лего-робот — автоматическое устройство: без участия человека он может по-разному вести себя в разных ситуациях, все зависит от выполняемой программы. Роботы обрабатывают информацию в соответствии с алгоритмом, придуманным человеком и записанным в виде программы в память робота.

Пример алгоритма для Лего-робота

1. Включить моторы и ехать вперед 3 секунды.
2. Включить лампочку.
3. Крутиться 2 секунды по часовой стрелке.
4. Выключить лампочку.
5. Ехать назад 3 секунды.
6. Включить лампочку.
7. Крутиться 2 секунды против часовой стрелки.
8. Выключить лампочку и моторы.

Передача информации роботу

Программу для робота можно написать и передать роботу с помощью компьютера. Компьютер передает информацию Лего-роботу инфракрасными (ИК) сигналами через ИК-передатчик, подключаемый к компьютеру и имеющийся на блоке RCX ИК-порт.

RoboLab — компьютерная программа, которая позволяет создавать программы для Лего-роботов и передавать их исполнителю.

Рис. 9. Программа RoboLab

Кнопка “Программист” дает доступ к различным уровням программирования в режиме Управление. Всего уровней четыре: первый — самый простой, четвертый — самый сложный.

Рис. 10. Создание программы в режиме “Управление”

Создание программы для Лего-робота в режиме Управление сводится к заполнению шаблона графическими командами. Достаточно щелкнуть по нужному значку и выбрать вариант команды.

Чтобы программа записалась в программируемый блок RCX, надо нажать на стрелку вправо ¤.

Рис.11. Запись программы в блок RCX

Координаты для связи с разработчиками

Адрес: г. Пермь, Комсомольский пр-т, 91. Компьютерная школа ЦИТО. Тел.: (342) 2-410-510, 244-17-83.

E-mail: slava@perm.raid.ru — Аспидов Вячеслав Владимирович, 1. ИНТ. Программные продукты Лого (http://www.int-edu.ru/logo/products.html).

Материал учебного блока “Использование датчиков” опубликован в № 8/2006.